Життя сучасної людини настільки швидке, що у багатьох просто не вистачає часу на приготування їжі. У цій ситуації на допомогу приходить сучасна побутова техніка, наприклад, мікрохвильовки. У них можна не тільки швидко розігріти їжу, але й швидко приготувати напівфабрикати. Поговоримо про те, як влаштовані та працюють НВЧ печі й, побіжно деконструюємо міф про "шкідливе" випромінювання, яке лякає багатьох.
Зміст:
Історія винаходу НВЧ печей
Історія відкриття мікрохвиль вельми цікава хоча б тим, що ефект нагрівання їжі був побічним явищем в ході експериментів з магнетроном – приладом, що генерує надвисокочастотні хвилі. Вигадана маркетологами легенда свідчить, що інженер Персі Лебарон Спенсер випадково виявив в кишені брюк розплавлений батончик, під час роботи з магнетроном. Як було насправді не знає ніхто.
Цікаво, що містер Лебарон, хоч і зареєстрував патент на мікрохвильовку, отримав за це відкриття вельми скромну винагороду. Річ у тім, що Персі працював в Raytheon – компанії, що розробляла радарне обладнання, котра й отримала всі лаври. Самого Лебарона визнали винахідником мікрохвильовок тільки посмертно.
Перша "побутова" НВЧ піч, що працювала саме за вищезгаданим принципом, була створена в 1947 і мала чималі габарити – співмірні зі зростом дорослої людини. Розробники назвали її Radarange. Через розмір ці печі, на початку, використовували, тільки щоб гріти їжу в їдальнях для солдатів.
Серійне виробництво НВЧ печей
З моменту винаходу до появи пристроїв, що віддалено нагадують сучасні мікрохвильовки пройшло майже 20 років. На це були свої причини: дорожнеча комплектуючих, критика приладу вченими, що не до кінця розуміли природу мікрохвиль. Перші побутові мікрохвильовки з'явилися в 1962 році, а розробили їх і налагодили конвеєрне виробництво в компанії Sharp. Через постійну критики наукової спільноти й недовіру обивателів перші серійні СВЧ печі не стали популярними, тому освоєння ринку рухалось досить мляво. Значний поштовх популяризації цієї побутової техніки дав винахід в 1966 році поворотного механізму, завдяки якому їжа всередині розігрівалася рівномірно. У 1979 році була випущена перша мікрохвильова піч з мікропроцесором. Зараз з популярністю цих девайсів важко сперечатися, згідно зі статистикою у 2000 році тільки в США купили більш ніж 12,6 млн одиниць.
Принцип роботи мікрохвильової печі
Головним елементом будь-якої СВЧ печі є магнетрон. Цей пристрій генерує мікрохвилі, які й розігрівають їжу. Для того щоб мікрохвилі спричиняли шукомий ефект, необхідно щоб в продуктах були присутні дипольні молекули. Тобто молекули, що одночасно мають і позитивний, і негативний заряд. Їх багато в овочах, фруктах і м'ясі. Наприклад, в кілограмі риби таких частинок кілька мільйонів.
У звичайному середовищі, коли на них не впливає електромагнітне поле, дипольні молекули знаходяться в хаотичному стані. Але, щойно вмикається магнетрон в СВЧ печі, вони шикуються в певному порядку: позитивно заряджені направляються в один бік, а негативно – в інший. У момент зміни полярності (заряду з позитивного на негативний) молекула змінює напрямок руху на 180 градусів.
Тобто, фактично, магнетрон генерує електромагнітне поле, що змушує молекули в продуктах рухатися швидше, створюючи між ними додаткову силу тертя яка і змушує їх нагріватися.
В класичних НВЧ печах мікрохвилі генеруються з частотою 2450 МГц (один герц дорівнює одному коливанню на секунду) і зміна поля відбувається двічі на кожен період коливання. Мікрохвилі зачіпають поверхневий шар, проникаючи в їжу приблизно на 3 см. Ця особливість наштовхує на висновок: щоб нагріти великий об'єкт краще виставити середню потужність на тривалий час. На високій потужності поверхня продуктів нагріється набагато швидше, ніж внутрішня частина.
Зміна потужності випромінювання печі
Більшість сучасних НВЧ печей дозволяють задавати потужність впливу мікрохвиль в будь-якому з режимів: від малої потужності для підігріву і підтримки тепла, до повної, на якій продукти готуються.
Магнетрони, в переважній більшості сучасних мікрохвильових печей, не дозволяють змінювати потужність плавно. Це досягається їх періодичним вмиканням/вимиканням.
Наприклад, в режимі 90 Вт (підігрів) магнетрон вмикається на 4 секунди, а потім вимикається на 17 і ці цикли поперемінно чергуються. У режимі 360 Вт, це буде 6 секунд роботи, на 15 секунд паузи і так далі.
Інверторні мікрохвильовки. Тут магнетрон вже може змінювати "потужність" випромінювання не вимикаючись. Сам вузол елементів набагато компактніший за стандартні магнетрони і ефективніше перетворює електроенергію, що надходить у мікрохвилі. Інверторні СВЧ печі дорожчі за звичайні, але якихось істотних переваг, окрім зниженої витрати електроенергії, вони не дають.
ККД мікрохвильової печі
Продуктивність при приготування в камері мікрохвильовки набагато вища, ніж за будь-якого іншого способу приготування/нагрівання їжі: варіння в каструлі, смаження на пательні чи запікання в духовці.
Коефіцієнт корисної дії високий, оскільки практично вся електроенергія використовується для нагрівання безпосередньо продуктів, а не повітря, стінок посудини чи духовки. Природно мова про режими, де використовуються тільки мікрохвилі (без урахування конвекції і грилю).
Конструкція типової сучасної мікрохвильовки
На цьому схематичному зображенні ми бачимо будову типової, найпростішої мікрохвильовки. У просунутих моделях можна зустріти ряд доробок і доповнень, про які ми поговоримо далі, зараз же розберемо базис.
Головний елемент будь-якої НВЧ печі – магнетрон (3). Це вакуумна лампа, що створює, в процесі роботи НВЧ випромінювання. Саме магнетрон "розганяє" дипольні молекули і, таким чином, розігріває їжу.
Випромінювання від магнетрона потрапляє до камери печі через хвилевід (5). Щоб хвилевід не перегрівався в процесі роботи – його охолоджує спеціальна система вентиляції.
Деякі моделі обладнані, також, спеціальним модулем – диссектором, який відповідає за рівномірність розподілу тепла. Він розташовується у верхній частині камери.
Внутрішня камера, і дверцята НВЧ печі надійно екрановані, ще один екрануючий шар знаходиться під металом корпусу пристрою. Таким чином, мікрохвилі не можуть проникнути за межі камери. Навіть найпростіші моделі оснащені запобіжником, що не дозволяє вмикати магнетрон, поки дверцята не зачинені на клямку (12).
Зверху внутрішня камера освітлюється лампою (1), щоб можна було контролювати процес приготування. У нижній частині розташовується поворотний механізм або привід (9), що обертає піддон (10) на сепараторі з роликами (11). Це потрібно для рівномірного прогрівання їжі.
Відповідає за роботу всього механізму блок керунку (8), який регулює роботу всіх вузлів. У сучасних мікрохвильових печах за це відповідає мікропроцесор.
Додаткове оснащення і можливості СВЧ печей
Базові моделі мікрохвильовок, конструкцію яких ми розбирали, називаються соло-печами. Вони використовують для приготування і розігрівання їжі тільки мікрохвилі. Але є ряд пристроїв підтримують функції гриля і конвекції.
Якими бувають грилі в мікрохвильових печах?
Гриль – це нагрівальний елемент розташований, як правило, у верхній частині внутрішньої камери девайса. Він потрібен для надання продуктам хрусткої скоринки, тому що мікрохвилі прогрівають шар приблизно 2,5-3 см углиб і з подібним завданням не справляються. Є три типи грилів:
ТЕН. Керамічна трубка з герметизованою всередині металевої спіраллю розжарювання. ТЕН-и досить довго розігріваються і займають багато місця у внутрішній камері НВЧ печі. При цьому, печі з таким нагрівальним елементом, найдешевші;
кварцовий гриль. Трубка, або опукла пластина з кварцового скла, в якій знаходиться "сіточка" зі сплаву нікелю та хрому. Такий нагрівальний елемент займає досить мало місця, і швидко розігрівається до потрібної температури;
вугільний гриль. У ньому використовується галогенний нагрів і цей тип гриля найбільш "потужний". Сам нагрівальний елемент укладений в тонку трубку з серцевиною з вугільного волокна, оточеного інертним газом. Випромінювання від вугільного нагрівача порівняне з жаром від вугілля на мангалі, і дозволяє домогтися ефекту "димності" при приготуванні.
Що таке конвекція і навіщо вона потрібна?
Режим конвекції, в більшості СВЧ печей, реалізований у вигляді системи вентиляторів, що забезпечують рівномірний обдув гарячим повітрям продуктів з усіх боків. Конвекція найкраще поєднується з грилем, оскільки для забезпечення рівномірності прогріву мікрохвилями достатньо поворотного механізму або диссектора.
SMART опції в сучасних мікрохвильовках
Деякі моделі СВЧ печей оснащені власним мережевим модулем і набором програм, які дозволять вам підключити пристрій до домашньої мережі Wi Fi й керувати їм через фірмовий додаток на вашому мобільному телефоні. Це надає ряд зручностей. Наприклад, ви можете завантажити напівфабрикат в камеру мікрохвильовки і запустити його приготування за наперед заданим рецептом до свого повернення з роботи.
Чи небезпечні мікрохвилі?
Дехто побоюється стояти поруч з працюючою мікрохвильовкою, деякі вважають що вона випромінює радіацію, інші кажуть, що їжа приготована або розігріта в СВЧ печі втрачає свої властивості.
Давайте розберемо, з точки зору фізики, найпопулярніші помилки:
біля працюючої мікрохвильовки не можна стояти поруч. Це не так. Пристрій повністю безпечний для людини. Хвилі, які випромінює магнетрон, не мають нічого спільного з радіацією. До того ж, ви повністю ізольовані від процесів, що відбуваються всередині камери. Як ми згадували раніше в розділі "конструкція типової сучасної мікрохвильовки", камера екранована, а запустити магнетрон не зачинивши дверцята не вийде. Звісно, на будь-які живі організми мікрохвилі впливають згубно, тому що нагрівають воду в тканинах. Один з найкурйозніших і сумних досвідів некоректного використання СВЧ печі дійшов до судового розгляду з позовом на 2 млн доларів. Літня американка спробувала висушити кішку в мікрохвильовці, тварина, природно, цього експерименту не пережила. Судовий позов до компанії-виробника був складений на тій підставі, що в інструкції до мікрохвильовки не згадувалася про заборону вміщення до неї тварин. Суд задовольнив позов у повному розмірі;
їжа втрачає свої властивості. Це так, якщо ви грієте продукти до температур, які їм протипоказані, в такому випадку вони просто "пригорять" як і в будь-який духовці. Але ніяких змін в складі продуктів мікрохвилі не викликають, вони лише розігрівають продукт зсередини. Проте, при нагріванні відбувається та ж денатурація білків, що і при варінні, смаженні або запіканні – тобто білки згортаються.
Заходи безпеки під час експлуатації НВЧ печей
Не варто вмикати порожню мікрохвильовку. Коли всередині немає продуктів що містять воду, камера накопичує енергію, яка нікуди не виходить, в результаті чого пригорає пластинка, що захищає генератор хвиль;
Не грійте продуктів де обмаль води. Краще не нагрівати насіння, горіхи, сухофрукти, сухарики. Окремий випадок – попкорн, в нього виробник додає масло і воду – отже це безпечно. З цієї ж причини не можна стерилізувати в НВЧ печі порожні банки;
Використовувати тільки спеціальний посуд без металевих частин (небезпечні навіть "облямівки" з фарби, що містить метал, або фольга). Метал є провідником і може стати причиною короткого замикання;
не варіть яєць в мікрохвильовці, вони, швидше за все, вибухнуть, оскільки будуть занадто сильно прогріватися за короткий проміжок часу;
розігріваючи рідкі продукти і супи накривайте ємність пластиковою кришкою. Це і практична порада, і захід безпеки. Потрібно буде менше мити камеру, а жир і бруд не потраплятимуть на захисну пластину випромінювача. Якщо на цій пластині збереться занадто багато жиру і бруду, може статися пробій;
не варто мити сенсорні панелі і внутрішню камеру печі агресивними жиророзчинними засобами, бо вони можуть пошкодити ту саму захисну пластину, або потрапити до швів між кнопками і стати причиною короткого замикання.
Підсумки
Мікрохвильова піч, чудовий інструмент для "побутової економії часу". Якщо користуватися нею з огляду на описані вище заходи безпеки, можна отримати чимало вигод. Більшість побоювань з приводу шкоди мікрохвиль є лише банальним незнанням фізики. Сучасна модель з грилем здатна повноцінно замінити духовку, а витрата електроенергії у НВЧ печі набагато нижча.