Теоретическая справка Микроволновая печь (свч-печь)

Микроволновая печь (или СВЧ-печь) — широко распространённый бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, размораживания продуктов, а также разогрева материалов (клеев) в производственных целях. Обычно работает на частоте 2450 МГц, хотя в некоторых производственных печах частота излучения может варьироваться (так называемые англ. Variable Frequency Microwave, VFM).

Микроволновое излучение, Сверхвысокочастотное излучение (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн (от 30 см — частота 1 ГГц до 1 мм — 300 ГГц). Однако границы между инфракрасным, терагерцовым, микроволновым излучением и ультравысокочастотными радиоволнами приблизительны и могут определяться по-разному. Микроволновое излучение малой интенсивности используется в средствах связи, преимущественно портативных — рациях, сотовых телефонах (кроме первых поколений), устройствах Bluetooth, WiFi и WiMAX. Микроволновое излучение большой интенсивности используется для бесконтактного нагрева тел (как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах для термообработки металлов), а также для радиолокации.

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не с поверхности, а по всему объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта.

Устройство

Схема включения магнетрона

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется сверхвысокочастотное излучение), куда помещаются разогреваемые продукты;

трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;

цепи управления и коммутации;

непосредственно СВЧ-излучатель — магнетрон;

волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;

вспомогательные элементы:

вращающийся столик — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;

схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;

вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Принцип работы

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига».

Молекулярный дипольный сдвиг, под действием электромагнитного поля, соответствующей длины волны, происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура — это средняя кинетическая энергия движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Также под дипольным сдвигом понимают высокочастотное нагревание, которое мы наблюдаем в микроволновой печи, где нагревается вода, но гораздо хуже нагревается лёд, жир и сахар, потому что последние содержат меньше полярных молекул, чем вода, и, соответственно, меньше подвергаются влиянию переменного электромагнитного поля. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке и потому не могут сдвигаться, и, соответственно, разгоняться под действием электромагнитной силы, вызываемой электромагнитными волнами. Поэтому на этом физическом принципе можно нагревать только те твёрдые, жидкие и газообразные вещества, которые содержат диполи.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи вовнутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом, достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине — хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).