Šajā rakstā ir aprakstīta zinātne par to, kā mikroviļņi ātri un efektīvi uzsilda pārtiku. Uzziniet noslēpumu, kā mikroviļņi ar rezonansi silda tikai pārtiku.
"30 sekundes mikroviļņu krāsnī ir labas". Tā ir frāze, ko mūsdienās bieži redzēsit uz daudzām tūlītējām maltītēm. Bet kā radās šī ātrā un ērtā mikroviļņu krāsns? Mikroviļņus nejauši Otrā pasaules kara laikā izgudroja Pērsijs Spensers, amerikāņu zinātnieks, kurš strādāja pie radara. Pētot radioviļņus, lai uzlabotu savu radaru, viņš saprata, ka konfekte kabatā ir izkususi viļņu dēļ, tāpēc viņš izstrādāja mikroviļņu krāsni. Iespēja ātri un efektīvi uzsildīt pārtiku ir padarījusi mikroviļņus par vienu no visizplatītākajām un svarīgākajām sadzīves ierīcēm.
Bet kā mikroviļņu krāsns darbojas, lai uzsildītu pārtiku, nesildot sienas vai gaisu iekšā? Lai to saprastu, mums vispirms ir jāzina par "mikroviļņiem", kas tiek ģenerēti mikroviļņu krāsnī. Mikroviļņi ir elektromagnētiskie viļņi, gaismas veids. Gaisma ir elektromagnētiskais lauks, kas kosmosā pārvietojas viļņu veidā. Tā kā gaisma ir viļņu formā, tai ir daudz līdzību ar viļņiem, kādus mēs tos pazīstam.
Izmantojot viļņus kā piemēru, apskatīsim divus svarīgus viļņu raksturlielumus: frekvenci un viļņa garumu. Frekvence norāda, cik bieži viļņi nāk, un viļņa garums ir attālums starp tiem. Lai to būtu vieglāk saprast, iedomājieties, ka kuģi okeānā viļņo augšup un lejup. Ja viļņi ir cieši izvietoti, laiva bieži svārstās augšup un lejup. Šajā gadījumā cieši izvietoti viļņi nozīmē, ka viļņa garums ir īss, un bieža laivas šūpošana nozīmē, ka “frekvence” ir augsta. Garāki viļņu garumi nozīmē garākus intervālus starp viļņiem, tāpēc kopumā, jo lielāks ir viļņa garums, jo mazāka ir frekvence.
Gaismu, viļņu veidu, iedala kategorijās pēc tās viļņa garuma vai frekvences, un gaismu ar viļņu garumu no 1 milimetra līdz 1 metram sauc par mikroviļņu. Ja uzskatāt, ka redzamās gaismas viļņa garums, ko mēs uztveram ar acīm, ir no 0.00039 mm (violeta) līdz 0.00079 mm (sarkans), jūs varat redzēt, ka tai ir ļoti garš viļņa garums salīdzinājumā ar redzamo gaismu. Kā mēs redzējām iepriekš minētajā viļņu piemērā, garāks viļņa garums nozīmē, ka mikroviļņu frekvence ir mazāka nekā redzamās gaismas frekvence.
Tieši šie mikroviļņi faktiski silda pārtiku mikroviļņu krāsnī. Mikroviļņu krāsnis uzsilda ēdienu, uzkarsējot ūdens molekulas, kas lielā daudzumā atrodas lielākajā daļā pārtikas produktu, tāpēc ēdiens tiek uzkarsēts, nesildot trauku vai mikroviļņu krāsns iekšpusi. Principu, kā mikroviļņi silda ūdens molekulas, neko citu nesildot, sauc par “rezonansi”. Nesen Technomart Seulā nācās evakuēt, jo vibrēja ēkas augšējie stāvi, un tika runāts, ka vibrāciju, ko izraisīja vairāki desmiti cilvēku, kuri vingro sporta zālē, pastiprināja rezonanses fenomens.
“Rezonanse” ir parādība, kas rodas, kad objektam tiek pielikts periodisks spēks, un objekta vibrācija sakrīt ar periodiskā spēka periodu, izraisot vibrācijas kļūst ļoti lielas. Biežumu, ar kādu objekts vibrē, sauc par tā dabisko frekvenci. Lai izprastu šo fenomenu, ņemsim par piemēru šūpoles stumšanu. Lai iegūtu lielākas šūpoles, ir svarīgi ne tikai spēcīgi spiest, bet arī grūdiena laiks. Neatkarīgi no tā, cik lielu spēku jūs pieliekat, ja jūs spiežat šūpoles kustības pretējā virzienā, šūpoles apstāsies. Ja izmantojat nelielu spēku, bet periodiski pielietojat to, kad šūpoles atrodas aizmugurē, jūs varēsit padarīt šūpoles arvien lielākas.
Dabiskā frekvence ir to reižu skaits, kad šūpoles svārstās noteiktā laika periodā. Dabiskā frekvence ir unikāla vērtība, ko nosaka materiāla īpašības, un šūpoles gadījumā to nosaka virves garums. Garākām šūpolēm ir nepieciešams ilgāks laiks, lai vienu reizi vibrētu nekā īsākām šūpolēm, tāpēc tām ir zemāka dabiskā frekvence. Lai dabūtu lielas šūpoles, grūdiens ir jāpielāgo ar šūpolēm, tāpēc īsās šūpoles ir jāspiež biežāk nekā garās šūpoles, kurām ir augstāka dabiskā frekvence. Kad stumšanas spēka frekvence sakrīt ar objekta dabisko frekvenci, objekts spēcīgi vibrēs rezonanses dēļ.
Ūdens molekulu sildīšanas princips ir līdzīgs. Vispirms apskatīsim ūdens molekulas formu. Ūdens molekula sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem, un skābekļa atoms ir uzlādēts ar (-) polu, salīdzinot ar ūdeņraža atomu, tāpēc skābekļa atoms ir (-) pols un ūdeņraža atoms ir (+) ) ūdens molekulas polu kopumā. Šo (+) un (-) polu klātbūtnes dēļ ūdens molekula tiek piespiesta gaismai, kas liek ūdens molekulai griezties, proti, ūdens molekula kļūst par “šūpošanos” un uz ūdens molekulu pievadītā gaisma kļūst "stumšanas spēks" uz šūpolēm.
Ūdens molekulas, ko darbina gaisma, griežas kā šūpoles. Tā kā dabiskā frekvence, kādā ūdens molekulas griežas, ir tāda pati kā mikroviļņu frekvence, ūdens molekulas rezonē ar mikroviļņu krāsni, izraisot to ļoti skaļu vibrāciju. Redzamās gaismas gadījumā frekvence ir pārāk liela, lai izraisītu rezonansi ar ūdens molekulām, kas nozīmē, ka šūpoles tiek palēninātas, pieliekot spēku, pirms tās sasniedz šūpoles aizmuguri. Ūdens molekulas, kuras mikroviļņi liek tik daudz griezties, saduras ar citām molekulām ap tām un rada siltumenerģiju, kas silda pārtiku.
Šis mikroviļņu princips ir īpaši noderīgs aizņemtiem cilvēkiem. Piemēram, biroja darbinieki dod priekšroku mikroviļņu krāsnīm, jo īsajos pusdienu pārtraukumos viņi var ātri uzsildīt ēdienu. Studenti arī bieži izmanto mikroviļņu krāsnis, lai pagatavotu ātras uzkodas. Pateicoties šīm ērtībām, mikroviļņu krāsnis tiek plaši izmantotas ne tikai mājās, bet arī birojos, skolās un citās vietās. Ja jūs saprotat, kā darbojas mikroviļņu krāsnis, jūs sapratīsit, kāpēc tās silda tikai ēdienu, nevis bļodu un sienas.
Šo neredzamo elektromagnētisko viļņu izmantošana vidusmēra cilvēkam var nebūt pazīstama, taču tie jau ir plaši izplatīti mūsu dzīvē. Tāpat kā gaismas un rezonanses principi ir paslēpti mikroviļņu krāsnīs, ir jautri atklāt ikdienas parādību zinātniskos principus. Zinātne ir mums visapkārt, un tās principu izpratne var bagātināt mūsu ikdienu.
