Ez a cikk lebontja azt a tudományt, amely mögött a mikrohullámok gyors és hatékony ételmelegítése áll. Ismerje meg a titkot, hogy a mikrohullámú sütő csak az ételeket melegíti fel rezonancián keresztül.
"30 másodperc a mikrohullámú sütőben jó." Ez egy olyan kifejezés, amelyet manapság gyakran talál az instant étkezéseknél. De hogyan jött létre ez a gyors és kényelmes mikrohullámú sütő? A mikrohullámokat véletlenül találta fel a második világháború idején Percy Spencer, egy radaron dolgozó amerikai tudós. A rádióhullámok tanulmányozása közben, hogy javítsa a radarját, rájött, hogy a zsebében lévő cukorka megolvadt a hullámok miatt, ezért kifejlesztette a mikrohullámú sütőt. Az élelmiszerek gyors és hatékony melegítésének képessége a mikrohullámú sütőt az egyik leggyakoribb és legfontosabb háztartási készülékké tette.
De hogyan működik a mikrohullámú sütő az étel melegítésére anélkül, hogy felmelegítené a falakat vagy a levegőt? Ennek megértéséhez először tudnunk kell a mikrohullámú sütőben keletkező „mikrohullámokról”. A mikrohullámok elektromágneses hullámok, egyfajta fény. A fény egy elektromágneses tér, amely hullámok formájában halad a térben. Mivel a fény hullámok formájában van, sok hasonlóságot mutat az általunk ismert hullámokkal.
A hullámokat példaként használva nézzük meg a hullámok két fontos jellemzőjét: a frekvenciát és a hullámhosszt. A frekvencia az, hogy milyen gyakran jönnek a hullámok, a hullámhossz pedig a köztük lévő távolság. Hogy ezt könnyebben megértsük, képzeljünk el egy hajót az óceánban, amint a hullámok fel-alá billegtetik. Ha a hullámok egymáshoz közel helyezkednek el, a csónak gyakran fel-le billeg. Ebben az esetben a szorosan elhelyezkedő hullámok azt jelentik, hogy a hullámhossz rövid, a csónak gyakori ringatása pedig azt, hogy a „frekvencia” magas. A hosszabb hullámhosszok hosszabb intervallumokat jelentenek a hullámok között, így általában minél nagyobb a hullámhossz, annál kisebb a frekvencia.
A fényt, a hullámok egy fajtáját hullámhossza vagy frekvenciája szerint osztályozzák, az 1 milliméter és 1 méter közötti hullámhosszú fényt pedig mikrohullámúnak nevezik. Ha figyelembe vesszük, hogy a szemünkkel észlelt látható fény hullámhossza 0.00039 mm (ibolya) és 0.00079 mm (piros) között van, akkor láthatja, hogy a látható fényhez képest nagyon hosszú hullámhosszú. Ahogy a fenti hullámpéldában láttuk, a hosszabb hullámhossz azt jelenti, hogy a mikrohullámok frekvenciája kisebb, mint a látható fényé.
Valójában ezek a mikrohullámú sütők melegítik fel az ételt a mikrohullámú sütőben. A mikrohullámok a vízmolekulák felmelegítésével melegítik fel az ételt, amelyek a legtöbb élelmiszerben nagy mennyiségben vannak jelen, ezért az ételt a tál vagy a mikrohullámú sütő belsejének melegítése nélkül melegítik fel. „rezonanciának” nevezik azt az elvet, hogy a mikrohullámok hogyan melegítenek fel vízmolekulákat anélkül, hogy bármi mást melegítenének. A közelmúltban ki kellett üríteni a szöuli Technomartot, mert az épület felső szintjei vibráltak, és állítólag a konditeremben sportoló emberek tucatjai által keltett rezgést felerősítette a rezonanciajelenség.
A „rezonancia” olyan jelenség, amely akkor fordul elő, amikor egy tárgyra periodikus erőt fejtenek ki, és a tárgy rezgése egybeesik a periodikus erő periódusával, ami miatt a rezgés nagyon nagy lesz. Azt a frekvenciát, amelyen a tárgy rezeg, természetes frekvenciának nevezzük. A jelenség megértéséhez vegyük a hinta lökésének példáját. A nagyobb lendítéshez nem csak az erős lökés fontos, hanem a lökés időzítése is. Nem számít, mekkora erőt alkalmaz, ha a hinta mozgásával ellentétes irányba tolja, a lengés leáll. Ha kis erőt használ, de időnként alkalmazza, amikor a hinta a hátsó végén van, akkor a hinta egyre nagyobb és nagyobb lesz.
A sajátfrekvencia az, hogy a lengés hányszor oszcillál egy adott időtartamon belül. A sajátfrekvencia egy egyedi érték, amelyet egy anyag tulajdonságai határoznak meg, hinta esetén pedig a kötél hossza. A hosszabb lengéseknél tovább tart az egyszeri rezgés, mint a rövidebbeknél, ezért alacsonyabb a természetes frekvenciájuk. A nagy lendítéshez a lökést a hintával kell időzíteni, így a rövid lendítést gyakrabban kell tolni, mint a hosszú lendítést, amelynek magasabb a saját frekvenciája. Ha a tolóerő frekvenciája megegyezik a tárgy saját frekvenciájával, a tárgy a rezonancia miatt erősen rezeg.
A vízmolekulák melegítésének elve hasonló. Először nézzük meg a vízmolekula alakját. A vízmolekula egy oxigénatomból és két hidrogénatomból áll, és az oxigénatom a hidrogénatomhoz képest egy (-) pólussal van töltve, így az oxigénatom a (-) pólus, a hidrogénatom pedig a (+) ) a vízmolekula egészének pólusa. Ezen (+) és (-) pólusok jelenléte miatt a vízmolekulát a fény kényszeríti, aminek hatására a vízmolekula forog, azaz a vízmolekula „hintává” válik, és a vízmolekulára sugárzott fény. a hintára ható „tolóerő”.
A fénytől energiát kapott vízmolekulák úgy forognak, mint egy hinta. Mivel a vízmolekulák természetes forgási frekvenciája megegyezik a mikrohullámú sütő frekvenciájával, a vízmolekulák rezonálnak a mikrohullámú sütővel, amitől nagyon hangosan rezegnek. Látható fény esetén a frekvencia túl nagy ahhoz, hogy rezonanciát váltson ki a vízmolekulákkal, ami azt jelenti, hogy a lengés lelassul, ha erőt fejt ki, mielőtt elérné a hinta hátulját. A vízmolekulák, amelyeket a mikrohullámok annyira pörgésre késztetnek, összeütköznek a körülöttük lévő többi molekulával, és hőenergiát termelnek, ami felmelegíti az ételt.
Ez a mikrohullámú sütő elve különösen hasznos az elfoglalt emberek számára. Például az irodai dolgozók előnyben részesítik a mikrohullámú sütőt, mert rövid ebédszünetek alatt gyorsan fel tudják melegíteni az ételt. A tanulók gyakran használják a mikrohullámú sütőt is gyors harapnivalók készítésére. Ezeknek a kényelmeknek köszönhetően a mikrohullámú sütőket széles körben használják nemcsak otthon, hanem irodákban, iskolákban és más helyeken is. Ha megérti a mikrohullámú sütő működését, akkor megérti, hogy miért csak az ételt melegítik fel, a tálat és a falakat nem.
Ezeknek a láthatatlan elektromágneses hullámoknak a használata nem biztos, hogy az átlagember számára ismerős, de már most is átterjednek az életünkben. Ahogy a fény és a rezonancia elve a mikrohullámú sütőben rejtőzik, úgy szórakoztató felfedezni a mindennapi jelenségek mögött meghúzódó tudományos alapelveket. A tudomány körülöttünk van, és elveinek megértése gazdagíthatja mindennapi életünket.
