Tento článok rozoberá vedu o tom, ako mikrovlny ohrievajú jedlo rýchlo a efektívne. Spoznajte tajomstvo, ako mikrovlny ohrievajú iba jedlo prostredníctvom rezonancie.
"30 sekúnd v mikrovlnnej rúre je dobré." Je to fráza, ktorú v dnešnej dobe často uvidíte na mnohých instantných jedlách. Ako však vznikla táto rýchla a pohodlná mikrovlnka? Mikrovlny vynašiel náhodou počas druhej svetovej vojny Percy Spencer, americký vedec, ktorý pracoval na radare. Keď študoval rádiové vlny, aby zlepšil svoj radar, uvedomil si, že cukrík vo vrecku sa vplyvom vĺn roztopil, a tak vyvinul mikrovlnku. Schopnosť rýchlo a efektívne ohrievať jedlo urobila z mikrovĺn jeden z najbežnejších a základných domácich spotrebičov.
Ako však funguje mikrovlnná rúra na ohrievanie jedla bez ohrievania stien alebo vzduchu vo vnútri? Aby sme to pochopili, musíme najprv vedieť o „mikrovlnných vlnách“, ktoré sa generujú vo vnútri mikrovlnnej rúry. Mikrovlny sú elektromagnetické vlny, druh svetla. Svetlo je elektromagnetické pole pohybujúce sa v priestore vo forme vĺn. Pretože svetlo je vo forme vĺn, má veľa podobností s vlnami, ako ich poznáme.
Pomocou vĺn ako príkladu sa pozrime na dve dôležité charakteristiky vĺn: frekvenciu a vlnovú dĺžku. Frekvencia je to, ako často vlny prichádzajú, a vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi nimi. Aby to bolo ľahšie pochopiteľné, predstavte si loď v oceáne, ktorú vlnia nahor a nadol. Ak sú vlny blízko seba, loď sa bude často kývať hore a dole. V tomto prípade tesne rozmiestnené vlny znamenajú, že vlnová dĺžka je krátka, a časté kývanie lode znamená, že „frekvencia“ je vysoká. Väčšie vlnové dĺžky znamenajú dlhšie intervaly medzi vlnami, takže vo všeobecnosti platí, že čím väčšia vlnová dĺžka, tým menšia frekvencia.
Svetlo, typ vlny, sa kategorizuje podľa vlnovej dĺžky alebo frekvencie a svetlo s vlnovými dĺžkami medzi 1 milimetrom a 1 metrom sa nazýva mikrovlnné. Ak si uvedomíte, že viditeľné svetlo, ktoré vnímame očami, má vlnovú dĺžku 0.00039 mm (fialová) až 0.00079 mm (červená), môžete vidieť, že má veľmi dlhú vlnovú dĺžku v porovnaní s viditeľným svetlom. Ako sme videli vo vyššie uvedenom príklade vlny, dlhšia vlnová dĺžka znamená, že frekvencia mikrovĺn je menšia ako frekvencia viditeľného svetla.
Práve tieto mikrovlny v skutočnosti ohrievajú jedlo vo vnútri mikrovlnky. Mikrovlny ohrievajú jedlo zahrievaním molekúl vody, ktoré sú vo väčšine potravín prítomné vo veľkom množstve, a preto sa jedlo ohrieva bez ohrievania misky alebo vnútra mikrovlnnej rúry. Princíp toho, ako mikrovlny ohrievajú molekuly vody bez toho, aby ohrievali čokoľvek iné, sa nazýva „rezonancia“. Nedávno musel byť Technomart v Soule evakuovaný, pretože horné poschodia budovy vibrovali a vraj vibrácie spôsobené desiatkami ľudí cvičiacich v telocvični zosilňoval fenomén rezonancie.
„Rezonancia“ je jav, ku ktorému dochádza, keď na objekt pôsobí periodická sila a vibrácia objektu sa zhoduje s periódou periodickej sily, čo spôsobuje, že vibrácie sa veľmi zväčšia. Frekvencia, pri ktorej predmet vibruje, sa nazýva jeho prirodzená frekvencia. Aby sme pochopili tento jav, zoberme si príklad tlačenia hojdačky. Aby ste dosiahli väčší švih, nie je dôležité len poriadne zatlačiť, ale aj načasovanie stlačenia. Bez ohľadu na to, akú silu použijete, ak zatlačíte v opačnom smere pohybu hojdačky, hojdačka sa zastaví. Ak použijete malé množstvo sily, ale budete ju používať pravidelne, keď je hojdačka na zadnej strane, budete môcť hojdačku zväčšiť a zväčšiť.
Prirodzená frekvencia je počet oscilácií hojdačky v danom časovom období. Vlastná frekvencia je jedinečná hodnota, ktorá je určená vlastnosťami materiálu a v prípade hojdačky je určená dĺžkou lana. Dlhšiemu švihu trvá jedno zavibrovanie dlhšie ako kratším švihom, takže majú nižšiu vlastnú frekvenciu. Ak chcete získať veľký švih, musíte načasovať tlak švihom, takže krátky švih musíte tlačiť častejšie ako dlhý švih, ktorý má vyššiu prirodzenú frekvenciu. Keď sa frekvencia tlačnej sily zhoduje s prirodzenou frekvenciou objektu, objekt bude silne vibrovať v dôsledku rezonancie.
Princíp ohrevu molekúl vody je podobný. Najprv sa pozrime na tvar molekuly vody. Molekula vody sa skladá z jedného atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka a atóm kyslíka je nabitý pólom (-) v porovnaní s atómom vodíka, takže atóm kyslíka je pól (-) a atóm vodíka je pól (+). ) pól molekuly vody ako celku. V dôsledku prítomnosti týchto (+) a (-) pólov je molekula vody nútená svetlom, čo spôsobí rotáciu molekuly vody, tj molekula vody sa stane „hojdačkou“ a svetlo aplikované na molekulu vody sa zmení na „tlačná sila“ na hojdačke.
Molekuly vody, nabité svetlom, sa otáčajú ako na hojdačke. Keďže prirodzená frekvencia, pri ktorej sa molekuly vody otáčajú, je rovnaká ako frekvencia mikrovlnky, molekuly vody rezonujú s mikrovlnkou, čo spôsobuje, že veľmi hlasno vibrujú. V prípade viditeľného svetla je frekvencia príliš veľká na to, aby spôsobila rezonanciu s molekulami vody, čo znamená, že hojdanie sa spomalí pôsobením sily skôr, ako dosiahne zadnú časť hojdačky. Molekuly vody, ktoré sa vplyvom mikrovĺn roztáčajú, sa zrážajú s inými molekulami okolo seba a vytvárajú tepelnú energiu, ktorá ohrieva jedlo.
Tento princíp mikrovĺn je užitočný najmä pre zaneprázdnených ľudí. Napríklad pracovníci v kanceláriách uprednostňujú mikrovlny, pretože môžu rýchlo ohriať jedlo počas krátkych prestávok na obed. Študenti tiež často používajú mikrovlny na rýchle občerstvenie. Vďaka týmto vymoženostiam majú mikrovlnky široké využitie nielen v domácnostiach, ale aj v kanceláriách, školách a na iných miestach. Ak pochopíte, ako mikrovlny fungujú, pochopíte, prečo ohrievajú iba jedlo, nie misku a steny.
Používanie týchto neviditeľných elektromagnetických vĺn nemusí byť bežnému človeku známe, ale už sú všadeprítomné v našich životoch. Tak ako sú princípy svetla a rezonancie skryté v mikrovlnách, je zábavné objavovať vedecké princípy, ktoré stoja za každodennými javmi. Veda je všade okolo nás a pochopenie jej princípov môže obohatiť náš každodenný život.
