Чудеса на молекулярном уровне: что происходит с едой в микроволновке
МОСКВА, 27 июн — РИА Новости, Анна Урманцева. Почему в микроволновку нельзя класть металлические предметы? Из-за чего взрываются яйца? Почему жидкости нагреваются медленнее? И как микроволны действуют на еду? Сегодня микроволновки есть практически в каждом доме, при этом еще не так давно многие предпочитали ими не пользоваться: считали радиоактивными и опасными для здоровья. Сейчас эти страхи ушли, но для большинства физическая природа явления, лежащего в основе действия микроволновых печей, до сих пор остается загадкой.
© Фото : Roger Shawyer
Ученый выяснил, как работает микроволновый ракетный двигатель EmDrive
Бытовая микроволновка — "дочка" военного радара. Первым человеком, который по рассеянности "разогрел" бутерброд на нем, был американский изобретатель Перси Спенсер. Он занимался оборудованием для военных приборов, а параллельно в 1946 году оформил патент на микроволновую печь.
Первая в мире СВЧ-печь использовалась только для быстрого размораживания продуктов в солдатских столовых и военных госпиталях. Ее высота была равна примерно человеческому росту, а весил прибор 340 килограммов.
© Flickr / limonada
Микроволновая печь
Так как же микроволновка нагревает продукты? В нашей пище очень много дипольных молекул, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный.
Именно из таких молекул состоит вода: кислород подтягивает к себе отрицательно заряженные электроны, а водород — положительно заряженные.
Так как молекула воды является диполем (то есть молекулой с двумя разноименными полюсами), появилась возможность нагревать ее микроволнами.
© Fotolia / Monkey Business
Микроволновая печь
А вместе с ней и все продукты, каждый из которых содержит воду. Например, в сосиске эти молекулы расположены хаотично, но как только продукт помещают в микроволновку, они попадают в электрическое поле и выстраиваются "плюсом" в одну сторону, "минусом" — в другую.
© Фото : Xiang Zhang, et. al
Физики научились переворачивать молекулы со скоростью света
Под действием излучения молекулы "кувыркаются" с бешеной частотой и в буквальном смысле "трутся" друг о друга. Выделяющееся при этом тепло и разогревает пищу.
Если вы начнете тереть одну ладонь о другую, поверхность рук тоже нагреется. Только чтобы достичь эффекта микроволн, придется совершать движения со скоростью 4,9 миллиарда раз в секунду.
Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов — прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину за счет теплопроводности.
Внутри микроволновки волны излучает вакуумный прибор — магнетрон. Стоит только подать напряжение через внутреннюю нить и медный анод снаружи, как электроны начнут срываться со средней нити и лететь к медной секции. В этот момент с помощью магнитов можно заставить электроны поворачивать обратно к центру нити. Так, пролетая мимо отверстий полостей, они создают колебательные волны, которые раскачивают молекулы воды, создавая тепло.
CC BY 2.0 / HCRS Home Labor Page / Magnetron in its box
Магнетрон микроволновой печи Samsung
Жидкости нагреваются микроволнами намного дольше, поскольку там больше молекул воды. Из этого же принципа следует и ответ на вопрос о том, почему нагревается лишь еда, а не тарелка — в посуде нет молекул воды.
© Фото : ICFO/ D. Bartolome
Физики создали камеру, способную видеть все виды излучения
В свою очередь, яйца, помещенные в микроволновку, взрываются, поскольку молекулы воды при нагреве расширяются и образуют большое давление.
Как известно, металл, из которого состоят стенки и внутренняя поверхность микроволновок, отражает радиоволны. Если забыть вилку внутри прибора, взрыва, конечно, не произойдет, однако металл (особенно его тонкий слой — фольга или ободок на блюдце) очень быстро нагреется.
Более того, острые объекты иногда образуют "корону" (огни святого Эльма), которая может сжечь и еду, и саму микроволновку. Учитывая это, производители решили просто запретить использовать металл внутри приборов.
