Mikrovlnná trouba: činnost a princip činnosti, zařízení a poruchy, na jaké frekvenci pracuje

Mikrovlnná trouba (též mikrovlnná trouba) je kuchyňský elektrický spotřebič pro tepelné zpracování potravin. K ohřevu se využívá elektromagnetické záření generované magnetronem.

Historie mikrovlnné trouby

Percymu Spencerovi bylo 50 let, když pracoval jako inženýr pro americkou vojensko-průmyslovou společnost Raytheon („božský paprsek“), která se aktivně podílela na výrobě zařízení pro radary.

Psal se rok 1945 a tehdy Percy náhodou objevil jev, který o dva roky později tvořil základ první mikrovlnné trouby: při dalším experimentu s magnetronem se kousek čokolády ve Spencerově kapse náhle bez zjevného důvodu začal rozpouštět. .

Magnetron je zařízení, které vyrábí elektromagnetickou energii ve formě mikrovln. Původně se používal pro radarovou technologii.

Ukázalo se, že ultravysokofrekvenční (mikrovlnné) záření dokáže účinně ohřívat potravinářské produkty. Již 8. října 1945 byl Percymu Spencerovi vydán patent na první mikrovlnnou troubu na světě určenou k rychlému rozmrazování potravin.

V roce 1947 byla postavena první rozmrazovací mikrovlnná trouba pod značkou „Radarange“ (už by se dalo říci, že sjela z montážní linky). Jednalo se o instalaci velikosti velké moderní lednice, která vážila 340 kg s výkonem 3 kW.

První hromadné dodávky mikrovlnných trub Radarange na rozmrazování potravin byly odeslány do jídelen vojenských nemocnic a do jídelen amerických vojáků. Počínaje rokem 1949 začala sériová výroba těchto pecí, takže každý, kdo si takový nákup mohl dovolit, měl možnost pořídit si mikrovlnnou troubu na rozmrazování za pouhých 3000 dolarů.

Původ nápadu na výrobu domácích mikrovlnných trub pro ohřev jídla se datuje k 25. říjnu 1955, kdy první mikrovlnnou troubu pro domácí použití představila americká společnost Tappan Company. Sériovou výrobu domácích mikrovlnek zahájila v roce 1962 japonská společnost Sharp, ale poptávka po takto exotickém produktu pro domácnost nebyla vysoká.

V SSSR se v 80. letech začaly vyrábět mikrovlnné trouby „ZIL“, „Electronics“ a „Maria MV“. V roce 1990 byla uvolněna mikrovlnná trouba Dnepryanka-1 o objemu 32 litrů s výkonem 1,3 kW s výkonem mikrovlnného záření 600 W pomocí magnetronu M-105-1.

Začala tak sériová výroba domácích mikrovlnek, které umožňují jídlo rychle rozmrazit, ohřát a dokonce i uvařit. Hlavní podmínkou je, že výrobek vložený do mikrovlnné trouby obsahuje vodu.

Princip činnosti a konstrukce mikrovlnné trouby

Pointa je, že elektromagnetické záření v rozsahu decimetrů vede ke zrychlení pohybu molekul polárního dielektrika (vody), které mají určitý dipólový moment.

Jak se molekuly zrychlují, interagují pod vlivem mikrovlnného záření, to znamená, že látka absorbuje elektromagnetické záření a teplota látky se zvyšuje.

Optimální dielektrická absorpce elektromagnetického záření vodou nastává při frekvenci 2,45 GHz, na této frekvenci pracují magnetrony moderních mikrovlnných trub.

Ve srovnání s konvenčními troubami se v mikrovlnné troubě ohřívají potraviny nejen na povrchu, ale i v objemu výrobku, protože elektromagnetická vlna proniká ohřátým tělem do hloubky 1,5 až 2,5 cm, což urychluje ohřev a dodává průměrné zvýšení teploty jídla o 0,4 °C za sekundu.

Pro získání mikrovlnného záření o dané vlnové délce se v mikrovlnné troubě používá magnetron se speciálně vypočtenými konstrukčními parametry. Záření generované magnetronem je přenášeno vlnovodem a koncentrováno v komoře, ve které je umístěna ohřívaná miska.

Komora je uzavřena kovovými dvířky, které brání šíření mikrovlnných vln za její hranice. Magnetron je tradičně napájen ze sekundárního vinutí vysokonapěťového transformátoru (HVT) s výstupním napětím 2000 voltů, které je navýšeno zdvojovacím obvodem (skládajícím se z kondenzátoru a diody). Magnetronová katoda je vyhřívána speciálním sekundárním vinutím s napětím 4 volty ze stejného transformátoru.

Klasický způsob automatického nastavení tepelného výkonu mikrovlnné trouby je stejný jako u žehliček a domácích topných zařízení: magnetron se periodicky zapíná a vypíná, takže průměrný tepelný výkon dodávaný do komory ve formě elektromagnetických vln se rovná tomu, které zadal uživatel.

Aspekty bezpečného používání mikrovlnné trouby

Podle vědeckých údajů generuje přímá expozice mikrovlnným vlnám na lidském těle znatelný tepelný efekt a v případě dlouhodobého (nebo silného) působení může vést k místnímu přehřátí a způsobit vážné popáleniny.

Při hustotě mikrovlnného výkonu kolem 35 mW/cm100 tedy člověk pociťuje zahřívání. Dlouhodobé vystavení hustotě výkonu vyšší než XNUMX mW/cmXNUMX způsobuje šedý zákal a může vést k dočasné neplodnosti.

Úroveň hustoty mikrovln 10 mW/cm5 je považována za bezpečnou. Jak je aplikováno přímo na mikrovlnné trouby, podle evropské normy by ve vzdálenosti 1 cm od mikrovlnné trouby neměla maximální úroveň hustoty výkonu překročit 50 mW/cm0,01 a ve vzdálenosti XNUMX cm od trouby by by neměla překročit XNUMX mW/cmXNUMX .cm. To jsou standardy, které moderní mikrovlnné trouby splňují v době jejich výroby.

Mimochodem, otevřená dvířka trouby vždy blokují její zapnutí, to znamená, že mikrovlnná trouba by nikdy neměla fungovat s otevřenými dvířky.

Nyní o vlivu mikrovlnného vlnění na elektricky vodivé látky (zejména kovy). Vlna samozřejmě neproniká do kovových předmětů, ale je schopna indukovat indukované proudy v kovu, včetně vířivých proudů, které naopak kov silně zahřívají.

Z tohoto důvodu nebudete moci efektivně ohřívat jídlo v kovové nádobě pomocí mikrovlnné trouby. Co můžeme říci o nádobí s kovovými vzory a ráfky, které se snadno zničí vlivem mikrovlnných vln (z indukovaných vířivých proudů), které nádobí jednoduše zkazí.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Mikrovlnné trouby jsou součástí našeho každodenního života již dlouhou dobu, ale debaty o jejich užitečnosti a bezpečnosti stále probíhají. Je zvláštní, že při řešení takových problémů na různých fórech a při osobních setkáních si drtivá většina ani přibližně neumí představit princip fungování mikrovlnky.

Proto, než si položíte otázku, zda je to váš přítel nebo nepřítel, má smysl zjistit, co je tato úžasná jednotka schopná uvařit sklenici vody nebo uvařit kuře bez použití viditelného zdroje tepla. Téměř každý viděl mikrovlnku v provozu, ale málokdo si představí, jak to dělá.

Činnost a princip činnosti

Princip fungování mikrovlnné trouby je naznačen v jejím názvu – účinek ultravysokého záření na tělo (v tomto případě jídlo) (mikrovlnné záření nebo jednoduše mikrovlnná trouba). Vlivem vysokofrekvenčního elektromagnetického kmitání se výrobky zahřívají na vysoké teploty, což umožňuje ohřívat nebo dokonce vařit pokrmy bez použití klasických termoohřívačů. Mimochodem, stejná metoda se používá nejen pro přípravu potravinářských výrobků, ale také pro tepelné zpracování technických výrobků: žíhání a kalení, řekněme, vrtáky, ozubená kola, nože atd.

Hlavní podmínkou pro fungování mikrovlnky je přítomnost takzvaných polárních molekul v objektu. Právě na ně působí elektromagnetické pole zařízení. Naštěstí téměř všechny potravinářské výrobky (snad s výjimkou zcela dehydratovaných) obsahují vodu, která se z takových molekul skládá. Jakmile se takové molekuly ocitnou v silném střídavém elektromagnetickém poli, začnou rychle měnit svou polohu podle neustále se měnícího směru magnetického pole. Během procesu rotace se tyto molekuly o sebe doslova třou a každý ví, co se děje. Zkuste si rychle promnout dlaně – cítíte to teplo?

Díky střídavému elektromagnetickému poli se polární molekuly vody začnou rychle otáčet.

Hlavní rozdíl mezi působením mikrovlnného záření na předmět a běžným třením nebo ohřevem otevřeným plamenem je ten, že se ohřívá nejen povrch předmětu, ale i jeho hluboké vrstvy. Je to způsobeno tím, že mikrovlnné záření působí nejen na povrch předmětu, ale proniká i hluboko do něj a způsobuje pohyb molekul a jejich zahřívání.

Hloubka průniku závisí na frekvenci záření. A u standardních mikrovlnných trub pracujících na frekvenci 2.4 GHz je to 1.5–2.5 cm Není těžké uhodnout, že například koláč vložený do mikrovlnné trouby se uvnitř i venku prohřeje úplně a rovnoměrně. Navíc to udělá v co nejkratším čase, protože rychlost ohřevu těla v mikrovlnném poli je 0.3-0.5 stupně za sekundu. 10 sekund – +5 stupňů. Minuta – +30 stupňů.

Výhody a nevýhody

Je tedy čas formulovat hlavní rozdíly mezi mikrovlnným ohřevem a klasickým ohřevem:

1. Vysoká rychlost zahřívání. Vzhledem k tomu, že ošetření vysokofrekvenčním (HF) polem probíhá současně v celém objemu, produkt se zahřeje extrémně rychle – během několika minut.
2. Rovnoměrné vytápění. Díky rovnoměrnému ohřevu není potřeba ohřívat jeho vnější vrstvu na zvýšenou teplotu. Tím se zabrání spálení.
3. Možnost automatizace vaření. Při použití mikrovlnné trouby není potřeba hlídat proces – míchání, obracení atd. Stačí uvést hmotnost a druh výrobku a popsat potřebnou operaci: ohřev, vaření atd. O zbytek se postará přístroj na jeho vlastní.
4. Nemožnost pražení. Mikrovlnné pole, na rozdíl od pánve nebo grilu, ohřívá jídlo rovnoměrně, což znamená, že je nedokáže osmažit dokřupava.

Jedinou zdánlivě nevýhodou mikrovlnných trub je nemožnost smažení, ale konstruktéři tento problém vyřešili tím, že zařízení vybavili běžnými tepelnými elektrickými ohřívači, jako je elektrická trouba. S jejich pomocí můžete produkt snadno smažit. Navíc existují tzv. Crusty talíře, vyrobené ze speciálního materiálu, který je bezpečně ohříván mikrovlnnými proudy. Na takový talíř položte kotletu a sporák ji nejen rychle uvaří, ale také smaží, protože tato pánev se zahřívá až na 200 stupňů.

Design mikrovlnné trouby

Nyní je čas zjistit, jak funguje mikrovlnná trouba. Srdcem každého takového sporáku je speciální generátor, který vytváří vysokofrekvenční elektromagnetické pole vysoké intenzity. Říká se tomu magnetron. Dále je jím vytvořené pole směrováno do komory produktu pomocí speciálně navržených vlnovodů. Dělá to tak, že celý vnitřní objem komory je „vyplněn“ polem rovnoměrně a zajišťuje tak kvalitní ohřev produktů libovolného objemu. To navíc usnadňuje otočný tác, kterým je vybavena většina mikrovlnných trub.

Magnetron zaujímá nejčestnější místo pod víkem přístroje.

Provoz RF generátoru je řízen elektronickou jednotkou sestavenou na mikroprocesoru. Mikroprogramy zabudované v jednotce umožňují nastavit požadovaný režim vaření, ovládat teplotu v komoře, vlhkost a dobu vaření. Sledují také bezpečnost používání kamen – zda jsou zavřená ochranná dvířka, zda nedošlo k poruše izolace, zda teplota uvnitř komory nevystoupila nad kritickou atd. Regulátor je ovládán jedním nebo druhým typem dálkového ovládání – tlačítkové, dotykové atd. A samozřejmě, pec má i zdroj, který dodává energii celé elektronice i samotnému magnetronu.

Takto vypadá mikrovlnná trouba na obrázku.

Nebezpečí a poškození mikrovlnné trouby

A teď ta nejdůležitější otázka, která trápí snad každého majitele mikrovlnky: představuje zařízení nějaké nebezpečí pro ostatní? Existuje mnoho mýtů o nebezpečí používání mikrovln. technologie v každodenním životě. Ty hlavní:

1. Radiační nebezpečí.
2. Nebezpečí elektromagnetického záření.
3. Špatný vliv mikrovln na kvalitu připravovaných produktů.
4. Možnost fyzického poškození mikrovlnným polem.
5. Zvýšené riziko úrazu elektrickým proudem vysokým napětím.

Radiační poškození

Podle tohoto mýtu je každý, kdo se nachází v blízkosti mikrovlnné trouby, vystaven radiaci. Navíc, i když je sporák vypnutý, „září“ o nic hůř než černobylský traktor. Pokud ale věříte základům jaderné fyziky (ve škole to brali všichni), záření, kterého se všichni tak bojí a které skutečně představuje nebezpečí, je ionizující záření.

Podívejte se na seznam, který uvádí typy elektromagnetického záření uspořádané v sestupném pořadí podle vlnové délky:

1. rádiové vlny – 10 km – 0.1 mm;
2. infračervené záření – 1 mm – 780 nm;
3. viditelné záření (světlo) – 780 – 380 nm;
4. ultrafialové záření – 380 – 10 nm;
5. RTG záření – 10 – 5 hodin;
6. tvrdé (gama) záření – méně než 5 hodin.

Z celého seznamu jsou plně ionizující a částečně ionizující pouze poslední dvě položky – třetí odspodu (UV světlo). A pouze gama záření může zanechat indukované záření. Vlnová délka elektromagnetického pole mikrovlnné trouby je 12 cm Mnohem logičtější je bát se viditelného světla vyzařovaného Iljichovou žárovkou, jejíž ionizační schopnost je o 3 řády vyšší než záření mikrovlnky. trouba. Ale navzdory zřejmému se nikdo nebojí žárovek, téměř každý se bojí mikrovlnné trouby.

Mění vysokofrekvenční záření vlastnosti produktů?

Existuje názor, že produkty po vložení do mikrovlnky mění svou fyzickou strukturu. Některá spojení jsou prý zničena, jiná se objevují, mění se náboj, pól, stupeň, paměť – cokoliv. Po vší té ostudě se zdravé potraviny mění v jed.

Mikrovlnné záření, jak již bylo zmíněno výše, ovlivňuje polární molekuly, což jsou molekuly vody. Dnes věda s jistotou ví, že voda je amorfní těleso a nemá vůbec žádnou strukturu, pokud není ve zmrzlém stavu. Jak se může změnit právě tato struktura, když ji amorfní těleso vůbec nemá?

Zrod takového mýtu je pravděpodobně spojen s pojmem „strukturovaná voda“, který se objevil díky všemožným pseudovědám, jako je homeopatie a „podnikatelé“ prodávající „nabíjecí“ zásobníky na vodu a další technologické zázraky paralelních světů.

elektrický šok

Jak je zařízení elektricky bezpečné?.

Obava, že je mikrovlnná trouba nebezpečná z hlediska úrazu elektrickým proudem, je v zásadě pochopitelná. Pro provoz magnetronu je nutný zdroj vysokého napětí – cca 4 kV. Když k tomu přidáme výkon moderní mikrovlnky, která může dosahovat kilowattu, pak se veškerá hrůza člověka, který má k elektrikářům daleko, stává pochopitelnou. Přesto ten samý člověk docela klidně používá jeden a půl kilowattový vysavač a dvoukilowattový elektrický sporák.

Vzpomeňte si na obyčejnou CRT televizi, která nám sloužila desítky let a slouží dodnes. Urychlovací anodové napětí jeho kinoskop dosahuje 30 kV. To je téměř o řád vyšší než napětí na magnetronu. Pokud otevřete mikrovlnnou troubu, můžete získat energii. Ale i na televizi je zadní kryt pouze na čtyři šrouby! A teď se zamyslete: kolik vašich přátel zabila ďábelská televize? Z hlediska elektrické bezpečnosti se tedy mikrovlnná trouba neliší od jakéhokoli jiného domácího spotřebiče.

Je mikrovlnné záření pro tělo škodlivé?.

Ano, mikrovlny jsou pro člověka škodlivé. Ale mnoho moderních zařízení funguje na stejné frekvenci: Wi-Fi modem, mobilní telefon, smartphone. Práce s nimi je považována za bezpečnou. Je mikrovlnné záření škodlivé nebo neškodné? Škodlivé, ale pouze při překročení určité úrovně. Váš mobilní telefon vyzařuje záření, ale jeho vysílací výkon je nízký. I když jej budete držet blízko spánku, pravidelné hovory po telefonu nezpůsobí žádné zvláštní poškození vašeho zdraví. Další věcí je mikrovlnná trouba. Výkon jeho „vysílače“ dosahuje tisíců wattů.

Ale za prvé, na rozdíl od mobilního telefonu není magnetronové záření směrováno všemi směry, ale do pracovní komory. Za druhé, a to je nejdůležitější, má komora, stejně jako její dvířka, speciální povlak, který zabraňuje úniku záření mimo pracovní prostor. Povlak samozřejmě neblokuje mikrovlny na 100 %, ale není to nutné. Mikrovlnnou troubu nedržíte u spánku jako telefon a nepoužíváte ji s nosem zabořeným ve dveřích celé hodiny. Intenzita mikrovln navíc klesá úměrně druhé mocnině vzdálenosti.

Co na to říkají čísla? Otevíráme lékařské dokumenty upravující maximální přípustné mikrovlnné záření, které je bezpečné pro člověka, a čteme: ne více než 10 μW/cmXNUMX. Je to hodně nebo málo? Je čas podívat se na obrázek níže:

Závislost intenzity pole na vzdálenosti mikrovlnné trouby.

V blízkosti samotných dvířek mikrovlnné trouby je síla elektromagnetického pole poměrně vysoká – 5 mW/cmXNUMX. Ale již ve vzdálenosti půl metru zeslábne o dva řády a ve vzdálenosti jeden a půl metru je dvakrát nižší než maximální přípustná hladina. Pokud tedy mikrovlnku doslova neobjímáte a nepoužíváte ji XNUMX hodin denně, nemusíte se o své zdraví bát. Ale dají se dveře otevřít? Je to možné, ale magnetron se okamžitě vypne, protože má odolnou ochranu. Stejná ochrana vám nedovolí strčit ruku (a u někoho i hlavy) do funkčního zařízení, aby se „dotykem“ ověřila jeho provozuschopnost.

Jakmile otevřete dveře, automatika odpojí napájení magnetronu.

Funkční mikrovlnná trouba je tedy při dodržení základních provozních pravidel podrobně popsaných v přiloženém návodu pro člověka absolutně bezpečná.