Le microonde sono un dispositivo di cottura molto utile. Sono macchine compatte, piccole ma incredibilmente versatili, quindi come funzionano?

C’è un’incredibile quantità di scienza e ingegneria dietro le microonde, ma tutto può essere suddiviso in bit facili da capire e digerire.

I forni a microonde funzionano principalmente generando radiazioni a microonde-che vengono fatte passare attraverso il cibo, cucinandolo. Le microonde non sono specifiche per i forni a microonde, piuttosto sono una forma di onde elettromagnetiche con una lunghezza d’onda nella gamma di frequenza compresa tra 300 MHz e 300 GHz (una lunghezza d’onda di circa 1 m e 1 mm). I forni a microonde utilizzano generalmente una frequenza di 2450 MHz (una lunghezza d’onda di 12,24 cm).

Rispetto ad altri tipi di radiazioni, le microonde cadono tra le onde radio, che tendono ad essere più lunghe, e le onde infrarosse, che sono più corte.

Ciò che rende le microonde così specializzate per cucinare è proprio il modo in cui interagiscono con le molecole d’acqua.

La scienza dietro le microonde

All’interno dei forni a microonde, le microonde vengono create utilizzando un dispositivo chiamato magnetron. Al loro centro, i magnetron sono motori ad alta tensione che emettono energia sotto forma di microonde piuttosto che di lavoro meccanico.

All’interno del forno a microonde, un trasformatore aumenta l’elettricità dalla presa a muro, 120V negli Stati Uniti o 110V in Europa, a circa 4000 volt. Questa maggiore tensione è necessaria per alimentare il magnetron, causando un filamento di riscaldarsi al centro del dispositivo. Mentre questo filamento si riscalda, gli elettroni vengono rilasciati. Il forno a microonde mette questi elettroni al lavoro.

Un magnete circolare si trova vicino al filamento riscaldato. Normalmente, gli elettroni che vengono rilasciati dal filamento diventerebbero attratti dall’anodo, ma a causa del posizionamento del magnete, gli elettroni tornano al filamento stesso. Questo loop di elettroni è ciò che effettivamente crea le microonde.

Tutto ciò potrebbe essere sembrato un po ‘ complesso, e può essere spiegato senza diagrammi. Per un tuffo più profondo nella comprensione di come funzionano i magnetroni e, in definitiva, le microonde, dai un’occhiata al video qui sotto.

Sei sicuro di stare accanto a un forno a microonde?

Un mito popolare sulle microonde è che possono darti il cancro. Ciò può derivare dall’uso della parola “radiazione” nel descrivere come funzionano, così come dal timore che questa radiazione a microonde possa fuoriuscire dal microonde. La radiazione, in questo caso, si riferisce all’energia che si irradia da una fonte e non alla radioattività.

Tuttavia, le microonde non contengono abbastanza energia per cambiare chimicamente le sostanze attraverso la ionizzazione – sono un esempio di radiazioni non ionizzanti. Altri tipi di onde elettromagnetiche come raggi ultravioletti e raggi X possiedono più energia per fotone e quindi possono causare il cancro.

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Le microonde possono, ovviamente, causare riscaldamento e ustioni, ma i forni a microonde sono tutti progettati con una rete metallica sulla porta dell’apparecchio per impedire alle microonde di fuoriuscire. Queste maglie metalliche sono abbastanza grandi da poter vedere la cottura del cibo, ma i fori non sono abbastanza grandi per far scivolare le microonde. I forni a microonde hanno anche dispositivi di sicurezza integrati che non consentono al forno di funzionare mentre la porta è aperta.

Quindi, alla fine della giornata, non avrai il cancro da stare troppo vicino a un forno a microonde perché i raggi non sono ionizzanti, e non sarai cotto neanche.

Quindi, abbiamo superato la scienza di base, ma non abbiamo ancora spiegato perché esattamente le microonde funzionano così bene per riscaldare rapidamente il cibo.

Come le microonde riscaldano le molecole d’acqua

Le microonde utilizzate in un forno a microonde vengono inviate attraverso un tipo di antenna che le incanala nella zona di cottura dell’apparecchio. Le onde sono contenute all’interno dell’apparecchio grazie alle solide pareti metalliche (e alla porta in rete). Queste microonde vengono quindi assorbite dalle molecole d’acqua all’interno del cibo. L’energia delle microonde fa vibrare rapidamente le molecole d’acqua, il che riscalda il cibo.

In sostanza, poiché le molecole d’acqua assorbono facilmente le microonde, che fanno sì che le molecole inizino a vibrare rapidamente, questo diventa un meccanismo per trasformare l’energia delle microonde in energia termica. Proprio come una camma e un rullo è un dispositivo meccanico per convertire l’energia rotazionale in movimento lineare, così anche le interazioni delle microonde e delle molecole d’acqua sono un modo per convertire l’energia delle microonde in energia termica.

Ma perché solo le molecole d’acqua vibrano? Le molecole d’acqua sono polari, il che significa che hanno un lato caricato positivamente e un lato caricato negativamente. Le microonde hanno una cresta positiva e una cresta negativa, proprio come qualsiasi onda. Mentre le microonde si muovono all’interno del forno a microonde, le molecole d’acqua cercheranno di allineare i loro poli con quello del forno a microonde. Poiché le microonde si muovono rapidamente all’interno dell’apparecchio, le molecole d’acqua cercano rapidamente di mantenere l’allineamento con il movimento delle onde.

Quanto velocemente sta succedendo? I campi positivi e negativi delle microonde si muovono a circa 2,5 miliardi di volte al secondo. Quando combini questo effetto con la reazione della molecola d’acqua, puoi iniziare a capire come le microonde cucinano il cibo in modo così veloce ed efficace.

Perché le microonde cucinano in modo non uniforme?

L’ultima domanda a cui dobbiamo rispondere è perché ci sono spesso punti morti all’interno dei forni a microonde. Ad esempio, perché il centro del tuo cibo è spesso molto più freddo dei bordi?

Ciò si verifica perché alcune delle microonde finiscono per annullarsi a vicenda. Spesso, questi luoghi di cancellazione sono localizzati, il che significa che alcune aree del forno a microonde non ottengono alcun “calore”.

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In sostanza, quando il picco di un’onda colpisce la valle di un’altra onda, il risultato è un’onda annullata-out. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle microonde utilizza un piatto rotante per garantire una cottura uniforme.

Quindi, è così che funzionano i forni a microonde. Sono apparecchi che utilizzano magneti per produrre radiazioni elettromagnetiche a una particolare lunghezza d’onda, che è diretta alle molecole d’acqua negli alimenti, facendole vibrare e riscaldarsi rapidamente. La prossima volta che cucini qualcosa in un forno a microonde, non la guarderai allo stesso modo.