Микроволновая печь

СВЧ-печь

Микроволно́вая печь или СВЧ-печь (устаревшее ударение микрово́лновая; народное название микроволновка) — электроприбор, использующий явление разогрева водосодержащих веществ электромагнитным излучением дециметрового диапазона (обычно с частотой 2450 МГц) и предназначенный для быстрого приготовления, подогрева или размораживания пищи, в быту или на производстве.

В промышленности эти печи используются для сушки, разморозки, плавления пластмасс, разогрева клеев, обжига керамики и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев пищи в СВЧ-печи происходит не только с поверхности разогреваемого тела, но и по его объёму, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это сокращает время разогрева пищи .

Принцип работы

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля 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 прямо пропорциональна средней кинетической энергии 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.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи внутрь, 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).

Мощность печи

Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать мощность, используемую для разогрева. Для этого нагреватель (магнетрон), согласно установке регулятора мощности, периодически включается и выключается, изменяя количество подаваемой энергии в единицу времени (то есть сам магнетрон имеет только два состояния — вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному, — тем больше излучённая мощность печи в единицу времени — метод т. н. широтно-импульсной модуляции, используемый также во многих прочих нагревательных приборах — утюгах, нагревателях и тд.).

Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также — по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе — пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

Устройство

Схема включения магнетрона

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

• металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), 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.

Разновидности

По типу конструкции микроволновые печи подразделяются на:

• соло — только СВЧ излучение; без гриля и конвекции.
• с грилем — содержит встроенный кварцевый или тэновый гриль.
• с конвекцией — специальный вентилятор нагнетает в камеру горячий воздух, тем самым обеспечивая более равномерное пропекание, аналогично духовке.

По типу управления микроволновые печи делятся на:

• механические — используются механические регуляторы времени и мощности.
• кнопочные — пульт управления состоит из набора кнопок.
• сенсорные — используются кнопки сенсорного типа.

История

Американский инженер Перси Спенсер впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов и запатентовал микроволновую печь. В момент изобретения Спенсер работал в компании Raytheon, занимающейся изготовлением оборудования для радаров. По легенде, когда он проводил эксперименты с очередным магнетроном, Спенсер заметил, что кусок шоколада в его кармане расплавился. По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон. Возможно, причиной изобретения был как раз ожог, но из коммерческих соображений имидж прибора портить было нецелесообразно.

Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году. Первая в мире СВЧ-печь «Radarange» была выпущена в 1947 году фирмой Raytheon и была предназначена не для приготовления пищи, а для быстрого размораживания продуктов и использовалась исключительно военными (в солдатских столовых и столовых военных госпиталей). Её высота была примерно равна человеческому росту, масса 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. В 1949 году началось их серийное производство. Стоила эта печь около $3000.

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

25 октября 1955 года американская компания «Tappan Company» впервые представила бытовую микроволновую печь.
Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 году. Первоначально спрос на новое изделие был невысок.

В СССР с начала 80-х микроволновые печи выпускались на заводах ЗИЛ (модель «ЗИЛ») и Южный машиностроительный завод (модель «Мрия МВ»). Тамбовский завод «Электроприбор» (Модель «Электроника»); Днепровский машиностроительный завод им. Ленина (ДМЗ) выпускал «Днепрянка-1» (1990 г, 32 литра, магнетрон М-105-1, потребляемая мощность 1300 ватт, мощность СВЧ-излучения 600 ватт, масса 41 кг, цена 350 руб) и «Днепрянка-2».

Утверждение о советском приоритете

17 мая 2011 года газета «Труд» сообщила, что в её номере от 13 июня 1941 года в заметке была описана специальная установка, использовавшая токи ультравысокой частоты для обработки мясных продуктов и разработанная в лаборатории магнитных волн Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности.

Меры предосторожности при эксплуатации

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами, что может разрушить посуду в области металлического напыления.

Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений нежелательно сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо, перед разогревом, проткнуть каждую сосиску вилкой).

Запрещено включать пустую микроволновку. Необходимо как минимум поставить в неё стакан воды.

Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

Вопросы безопасности

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц для населения (на селитебной территории, в местах массового отдыха, внутри жилых помещений) 10 мкВт/см².[1]

Мифы о СВЧ-печах

• Микроволновое воздействие якобы изменяет структуру воды и пищевых продуктов, превращая полезные микроэлементы в канцерогены. На самом деле, воздействие микроволнового излучения в печи на вещества связано с банальным разогревом. Хотя химики и изучали (крайне редкие) реакции, на ход которых, по их мнению, влияло нетепловое воздействие микроволнового излучения, в результате независимых экспериментов было установлено, что замеченные «нетепловые» эффекты на самом деле определялись неоднородностью нагрева, и предположение о наличии нетепловых микроволновых эффектов должно быть пересмотрено. К тому же, вода (кроме замерзшей) принципиально не может иметь какой-либо структуры (см. соответствующую статью).
• Впервые СВЧ-печь, под названием «Radiomissor», якобы была создана немецкими учёными во время Второй мировой войны, она даже применялась в действующей немецкой армии, для разогрева продуктов питания, но оказалась небезопасной и от неё отказались (однако российские сайты при этом ссылаются на зарубежные, а зарубежные — на исследования Советского Союза, проведённые в несуществующих российских городах «Кинск» и «Раджастан»).
• Микроволновые печи (со снятой дверцей) якобы могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово.

См. также

• Радиоизлучение

Ссылки

• Микроволновая печь в Энциклопедия Качества Товаров и Продуктов
• Вода и микроволны  (англ.)
• Мифы и факты о микроволновой печи
• Мифы об МВП в передаче «Чудо техники» (НТВ, 2013)