Ритм жизни современного человека настолько быстрый, что у многих просто не хватает времени на приготовление пищи. В этой ситуации на помощь приходит современная бытовая техника, например, микроволновки. В них можно не только быстро разогреть пищу, но и быстро приготовить полуфабрикаты. Давайте поговорим о том, как устроены и работают СВЧ печи и, попутно, развенчаем миф о “вредном” излучении, которого многие так боятся.
Содержание:
История изобретения СВЧ печей
История открытия микроволн весьма интересна, потому как эффект нагревания пищи был побочным явлением в ходе экспериментов с магнетроном – прибором генерирующим сверхвысокочастотные волны. Придуманная маркетологами легенда гласит, что инженер Перси Лебарон Спенсер случайно обнаружил в кармане брюк расплавленный батончик, во время работы с магнетроном. Как было на самом деле не знает никто.
Интересно, что мистер Лебарон, хоть и зарегистрировал патент на микроволновку, получил за это открытие весьма скромное вознаграждение. Дело в том, что Перси работал в Raytheon – компании, разрабатывающей радарное оборудование, которая и получила все лавры. Самого Лебарона признали изобретателем микроволновок только посмертно.
Первая “бытовая” СВЧ печь работающая по такому принципу, была создана в 1947 и имела внушительный размер – в человеческий рост. Разработчики назвали ее Radarange. Из-за габаритов эти печи, в начале, использовали, только чтобы греть еду в столовых для солдат.
Серийное производство СВЧ печей
С момента изобретения до появления устройств отдаленно напоминающих современные микроволновки прошло почти 20 лет. На то был ряд причин: дороговизна комплектующих, критика прибора учеными, не до конца понимающими природу микроволн. Первые бытовые микроволновки появились в 1962 году, а разработали их и наладили конвейерное производство в компании Sharp. Из-за постоянной критики ученых и недоверия обывателей первые серийные СВЧ печи не пользовались высокой популярностью, так что освоение рынка шло довольно вяло. Значительный толчок популяризации этой бытовой техники дало изобретение в 1966 году поворотного механизма, благодаря которому пища внутри разогревалась равномерно. В 1979 году была выпущена первая СВЧ печь с микропроцессором. Сейчас с популярностью этих девайсов трудно спорить, согласно статистике в 2000 году только США купили более 12,6 млн единиц.
Принцип работы микроволновки
Главным элементом любой СВЧ печи является магнетрон. Это устройство генерирует микроволны, которые и разогревают пищу. Для того чтобы микроволны оказывали нужный эффект, нужно чтобы в продуктах присутствовали дипольные молекулы. То есть молекулы, которые одновременно обладают и положительным, и отрицательным зарядом. Их много в овощах, фруктах и мясе. Например, в килограмме рыбы таких частиц несколько миллионов.
В обычной среде, когда на нее не воздействует электромагнитное поле, дипольные молекулы находятся в хаотичном состоянии. Но, как только включается магнетрон в СВЧ печи, они выстраиваются в определенном порядке: положительно заряженные направляются в одну сторону, а отрицательно – в другую. В момент смены полярности (заряда с положительного на отрицательный) молекула разворачивается на 180 градусов в своем движении.
То есть, фактически, магнетрон генерирует электромагнитное поле, заставляющее молекулы в продуктах двигаться быстрее, создавая между ними дополнительную силу трения которая и заставляет их нагреваться.
В классических СВЧ печах микроволны генерируются с частотой 2450 МГц (один герц равен одному колебанию в секунду) и смена поля происходит 2 раза на каждый период колебания. Микроволны затрагивают поверхностный слой, проникая в пищу примерно на 3 см. Эта особенность наталкивает на вывод: чтобы нагреть большой объект лучше выставить среднюю мощность на длительное время. На большой мощности поверхность продуктов нагреется гораздо быстрее, чем внутренняя часть.
Изменение мощности излучения печи
Большинство современных СВЧ печей позволяют задавать мощность воздействия микроволн при работе в каком-либо из режимов: от малой мощности для подогрева и поддержания тепла, до полной, на которой продукты готовятся.
Магнетроны, в подавляющем большинстве современных микроволновок, не позволяют менять мощность плавно. Это достигается их периодическим включением/отключением.
Например, в режиме 90 Вт (подогрев) магнетрон включается на 4 секунды, а затем отключается на 17 и эти циклы попеременно чередуются. В режиме 360 Вт, это будет 6 секунд работы, на 15 секунд паузы и так далее.
Инверторные микроволновки. Здесь магнетрон уже может менять “мощность” излучения не отключаясь. Сам узел элементов гораздо компактнее стандартных магнетронов и эффективнее преобразовывает поступающую электроэнергию в микроволны. Инверторные СВЧ печи дороже обыкновенных, но каких-то существенных преимуществ, помимо пониженного расхода электроэнергии, они не дают.
КПД микроволновой печи
Производительность при приготовлении в камере микроволновки гораздо выше, чем при любом другом способе приготовления/нагревания пищи: варке в кастрюле, жарке на сковороде или запекании в духовке.
Коэффициент полезного действия высокий, так как практически вся электроэнергия используется для нагревания непосредственно продуктов, а не воздуха, стенок посудины или духовки. Естественно речь о режимах, где используются только микроволны (без учета конвекции и гриля).
Устройство типичной современной микроволновки
На этом схематическом изображении мы видим строение типичной, простейшей микроволновки. В продвинутых моделях можно встретить ряд доработок и дополнений, о которых мы поговорим далее, сейчас же разберем базис.
Главный элемент любой СВЧ печи – магнетрон (3). Это вакуумная лампа, создающая, в процессе работы СВЧ излучение. Именно магнетрон “разгоняет” дипольные молекулы и, таким образом, разогревает пищу.
Излучение от магнетрона попадает в камеру печи через волновод (5). Чтобы волновод не перегревался в процессе работы – его охлаждает специальная система вентиляции.
Некоторые модели оборудованы, также, специальным модулем – диссектором, который отвечает за равномерность распределения тепла. Он располагается в верхней части камеры.
Внутренняя камера, и дверца СВЧ печи надежно экранированы, еще один экранирующий слой находится под металлом корпуса устройства. Таким образом, микроволны не могут проникнуть за пределы камеры. Даже самые простые модели оснащены предохранителем, который не позволяет включить магнетрон, когда дверца не закрыта на защелку (12).
Сверху внутренняя камера освещается лампой (1), чтобы можно было контролировать процесс приготовления. В нижней части располагается поворотный механизм или привод (9), который вращает поддон (10) на сепараторе с роликами (11). Это нужно для равномерного прогревания пищи.
Отвечает за работу всего механизма блок управления (8), который регулирует работу всех узлов. В современных микроволновках за это отвечает микропроцессор.
Дополнительное оснащение и возможности СВЧ печей
Базовые модели микроволновок, устройство которых мы разбирали, называются соло-печами. Они используют для приготовления и подогрева пищи только микроволны. Но есть ряд устройств поддерживающих функции гриля и конвекции.
Какими бывают грили в микроволновках?
Гриль – это нагревательный элемент расположенный, обычно, в верхней части внутренней камеры девайса. Он нужен для придания продуктам хрустящей корочки, так как микроволны прогревают слой примерно 2,5-3 см вглубь и с подобной задачей не справляются. Есть три типа грилей:
ТЭН. Керамическая трубка с заключенной внутри металлической спиралью накаливания. ТЭН-ы довольно долго разогреваются и занимают много места во внутренней камере СВЧ печи. При этом, печи с таким нагревательным элементом, дешевле всего;
кварцевый гриль. Трубка, или выпуклая пластина из кварцевого стекла, в которой находиться “сеточка” из сплава никеля и хрома. Такой нагревательный элемент занимает довольно мало места, и быстро разогревается до нужной температуры;
угольный гриль. В нем используется галогенный нагрев и этот тип гриля наиболее “мощный”. Сам нагревательный элемент заключен в тонкую трубку с сердцевиной из угольного волокна, окруженного инертным газом. Излучения от угольного нагревателя сравнимо с жаром от углей на мангале, и позволяет добиться эффекта “дымка” при приготовлении.
Что такое конвекция и зачем она нужна?
Режим конвекции, в большинстве СВЧ печей, реализован в виде системы вентиляторов, обеспечивающих равномерный обдув горячим воздухом продуктов со всех сторон. Конвекция лучше всего сочетается с грилем, так как для обеспечения равномерности прогрева микроволнами достаточно поворотного механизма или диссектора.
SMART опции в современных микроволновках
Некоторые модели СВЧ печей оснащены собственным сетевым модулем и набором программ, которые позволят вам подключить устройство к домашней сети WiFi и управлять им через фирменное приложение на вашем мобильном телефоне. Это открывает ряд удобств. Например, вы можете загрузить полуфабрикат в камеру микроволновки и запустить его приготовление по заранее заданному рецепту к своему возвращению с работы.
Опасны ли микроволны?
Многие опасаются стоять рядом с работающей микроволновкой, некоторые считают что она излучает радиацию, другие говорят, что пища приготовленная или разогретая в СВЧ печи теряет свои свойства.
Давайте разберем, с точки зрения физики, самые популярные заблуждения:
возле работающей микроволновки нельзя стоять рядом. Это неверно. Устройство полностью безопасно для человека. Волны, которые излучает магнетрон, не имеют ничего общего с радиацией. К тому же, вы полностью изолированы от процессов, происходящих внутри камеры. Как мы упоминали ранее в разделе “устройство типичной современной микроволновки”, камера экранирована, а запустить магнетрон не закрыв дверцу нельзя.
Конечно, на любые живые организмы микроволны влияют пагубно, так как разогревают воду в тканях. Один из наиболее курьезных и печальных опытов некорректного использования СВЧ печи дошел до судебного разбирательства с иском на 2 млн долларов. Пожилая американка попыталась высушить кошку в микроволновке, животное, естественно, этого эксперимента не пережило. Судебный иск к компании-производителю был составлен на том основании, что в инструкции к микроволновке не упоминалось о запрете помещения внутрь животных. Суд удовлетворил иск в полном размере;пища теряет свои свойства. Это так, если вы разогреваете продукты до температур, которые им противопоказаны, в таком случае они просто “пригорят” как и в любой духовке. Но никаких изменений в составе продуктов микроволны не вызывают, они лишь разогревают продукт изнутри. Тем не менее, при нагревании происходит та же денатурация белков, что и при варке, жарке или запекании – то есть белки сворачиваются.
Меры безопасности при эксплуатации СВЧ печей
Не стоит включать пустую микроволновку. Когда внутри нет продуктов содержащих воду, камера накапливает энергию, которая никуда не выходит, в результате пригорает пластинка, защищающая генератор волн;
Не разогревайте продукты где очень мало воды. Лучше не нагревать семечки, орехи, сухофрукты, сухарики. Отдельный случай – попкорн, в него производитель добавляет масло и воду – так что это безопасно. По этой же причине нельзя стерилизовать в СВЧ печи пустые банки;
Использовать только специальную посуду без металлических частей (опасны даже “каемки” из краски содержащей металл, или фольга). Металл является проводником и может стать причиной короткого замыкания;
не варите яйца в микроволновке, они, скорее всего, взорвутся, так как будут слишком сильно прогреваться за короткий промежуток времени;
разогревая жидкие продукты и супы накрывайте емкость пластиковой крышкой. Это и практичный совет, и мера безопасности. Нужно будет меньше мыть камеру, а жир и грязь не попадут на защитную пластинку излучателя. Если на этой пластинке скопится слишком много жира и грязи, может случиться пробой;
не стоит мыть сенсорные панели и внутреннюю камеру печи агрессивными жироудаляющими средствами, так как они могут повредить все ту же защитную пластину, или попасть в швы между кнопками и стать причиной короткого замыкания.
Итоги
Микроволновая печь, отличный инструмент для “бытовой экономии времени”. Если пользоваться ей с оглядкой на описанные выше меры безопасности, можно получить немало выгод. Большинство опасений по поводу вреда микроволн не более чем банальное незнание физики. Современная модель с грилем и конвекцией способна полноценно заменить духовку, а расход электроэнергии у СВЧ печи намного меньше.