Чудеса на молекулярном уровне: что происходит с едой в микроволновке
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.