Denne artikel nedbryder videnskaben bag, hvordan mikrobølger opvarmer mad hurtigt og effektivt. Lær hemmeligheden bag, hvordan mikrobølger kun opvarmer mad gennem resonans.
"30 sekunder i mikrobølgeovnen er godt". Det er en sætning, du ofte vil se på mange øjeblikkelige måltider i disse dage. Men hvordan opstod denne hurtige og bekvemme mikrobølgeovn? Mikrobølger blev opfundet ved et uheld under Anden Verdenskrig af Percy Spencer, en amerikansk videnskabsmand, der arbejdede på radar. Mens han studerede radiobølger for at forbedre sin radar, indså han, at slik i lommen var smeltet på grund af bølgerne, så han udviklede mikroovnen. Evnen til at opvarme mad hurtigt og effektivt har gjort mikrobølgeovne til et af de mest almindelige og essentielle husholdningsapparater.
Men hvordan fungerer en mikrobølgeovn til at opvarme mad uden at opvarme væggene eller luften indeni? For at forstå dette skal vi først vide om de "mikrobølger", der genereres inde i mikrobølgeovnen. Mikrobølger er elektromagnetiske bølger, en type lys. Lys er et elektromagnetisk felt, der rejser i rummet i form af bølger. Fordi lys er i form af bølger, har det mange ligheder med bølger, som vi kender dem.
Ved at bruge bølger som eksempel, lad os se på to vigtige egenskaber ved bølger: frekvens og bølgelængde. Frekvensen er, hvor ofte bølgerne kommer, og bølgelængden er afstanden mellem dem. For at gøre dette nemmere at forstå, forestil dig et skib i havet, der vippes op og ned af bølger. Hvis bølgerne er tæt på hinanden, vil båden ofte bobbe op og ned. I dette tilfælde betyder de tætsiddende bølger, at bølgelængden er kort, og bådens hyppige vippen betyder, at 'frekvensen' er høj. Længere bølgelængder betyder længere intervaller mellem bølgerne, så generelt, jo større bølgelængden er, jo mindre er frekvensen.
Lys, en type bølge, er kategoriseret efter dets bølgelængde eller frekvens, og lys med bølgelængder mellem 1 millimeter og 1 meter kaldes mikrobølge. Hvis man tænker på, at det synlige lys, vi opfatter med vores øjne, har en bølgelængde på 0.00039 mm (violet) til 0.00079 mm (rødt), kan man se, at det har en meget lang bølgelængde i forhold til synligt lys. Som vi så i bølgeeksemplet ovenfor, betyder den længere bølgelængde, at mikrobølgernes frekvens er mindre end synligt lys.
Det er disse mikrobølger, der faktisk opvarmer maden inde i mikrobølgeovnen. Mikrobølgerne opvarmer maden ved at opvarme vandmolekylerne, som findes i store mængder i de fleste fødevarer, hvorfor maden opvarmes uden at opvarme skålen eller indersiden af mikroovnen. Princippet om, hvordan mikrobølger opvarmer vandmolekyler uden at opvarme noget andet, kaldes 'resonans'. For nylig måtte Technomart i Seoul evakueres, fordi de øverste etager af bygningen vibrerede, og det blev sagt, at vibrationerne forårsaget af snesevis af mennesker, der trænede i fitnesscentret, blev forstærket af resonansfænomenet.
'Resonans' er et fænomen, der opstår, når en periodisk kraft påføres et objekt, og objektets vibration falder sammen med perioden for den periodiske kraft, hvilket får vibrationen til at blive meget stor. Frekvensen, hvormed objektet vibrerer, kaldes dets naturlige frekvens. For at forstå dette fænomen, lad os tage eksemplet med at skubbe en gynge. For at få et større sving er det ikke kun vigtigt at skubbe hårdt, men også timingen af skubningen. Uanset hvor meget kraft du anvender, vil svinget stoppe, hvis du skubber i den modsatte retning af gyngens bevægelse. Hvis du bruger en lille mængde kraft, men anvender det med jævne mellemrum, når gyngen er i bagenden, vil du være i stand til at få gynget til at blive større og større.
Den naturlige frekvens er antallet af gange, svinget svinger i en given tidsperiode. Den naturlige frekvens er en unik værdi, der bestemmes af et materiales egenskaber, og i tilfælde af et gynge bestemmes det af længden af rebet. Længere sving tager længere tid at vibrere én gang end kortere sving, så de har en lavere egenfrekvens. For at få et stort sving skal du time presset med svinget, så du skal skubbe et kort sving oftere end et langt sving, som har en højere egenfrekvens. Når frekvensen af skubbekraften matcher objektets naturlige frekvens, vil objektet vibrere kraftigt på grund af resonans.
Princippet om opvarmning af vandmolekyler er det samme. Lad os først se på formen af et vandmolekyle. Et vandmolekyle er sammensat af et oxygenatom og to brintatomer, og oxygenatomet er ladet med en (-) pol sammenlignet med hydrogenatomet, så oxygenatomet er (-) polen og hydrogenatomet er (+) ) pol af vandmolekylet som helhed. På grund af tilstedeværelsen af disse (+) og (-) poler, tvinges vandmolekylet af lys, hvilket får vandmolekylet til at rotere, dvs. vandmolekylet bliver et "sving", og lyset påført vandmolekylet bliver "skubbekraften" på gyngen.
Vandmolekylerne, aktiveret af lyset, roterer som en gynge. Da den naturlige frekvens, hvormed vandmolekylerne roterer, er den samme som mikrobølgens frekvens, resonerer vandmolekylerne med mikrobølgen, hvilket får dem til at vibrere meget højt. Ved synligt lys er frekvensen for stor til at give resonans med vandmolekylerne, hvilket betyder, at udsvinget bremses ved at påføre en kraft, før det når bagsiden af svinget. De vandmolekyler, som mikrobølgerne får til at snurre så meget, kolliderer med andre molekyler omkring dem og genererer termisk energi, som er det, der opvarmer maden.
Dette princip med mikrobølger er især nyttigt for travle mennesker. For eksempel foretrækker kontorarbejdere mikrobølgeovne, fordi de hurtigt kan varme maden op i deres korte frokostpauser. Eleverne bruger også ofte mikroovne til at lave hurtige snacks. Takket være disse bekvemmeligheder bruges mikrobølger i vid udstrækning, ikke kun derhjemme, men også på kontorer, skoler og andre steder. Hvis du forstår, hvordan mikrobølger fungerer, vil du forstå, hvorfor de kun opvarmer maden, ikke skålen og væggene.
Brugen af disse usynlige elektromagnetiske bølger er måske ikke kendt for den gennemsnitlige person, men de er allerede gennemgående i vores liv. Ligesom principperne om lys og resonans er skjult i mikrobølger, er det sjovt at opdage de videnskabelige principper bag hverdagens fænomener. Videnskab er overalt omkring os, og forståelse af dens principper kan berige vores daglige liv.
