Что такое конвекция в микроволновой печи и зачем она нужна. Принцип действия микроволновой печи

Со времени создания СВЧ-печей между физиками и медицинскими специалистами периодически разгораются споры о пользе и вреде этого технического достижения. На самом деле, без определенных знаний о влиянии излучения микроволновой печи на организм человека и о воздействии микроволн на приготавливаемые в ней продукты многие люди опасаются ею пользоваться.

Стоит заметить, что опасения эти не беспочвенны: полезное изобретение для кухни действительно может стать небезопасным при определенных условиях. Но если работу микроволновой печи организовать согласно всем техническим требованиям, сверхвысокочастотные волны выполнят свое кулинарное предназначение без особого вреда для человека.

Принцип работы СВЧ-печи

Процесс прогревания продуктов в микроволновке основан на воздействии на них излучения, вырабатываемого магнетроном. Именно благодаря сверхвысокой частоте микроволны (2450 ГГц – в отличие, например, от 50 Гц частоты тока в сети промышленного электроснабжения) прогрев осуществляется практически мгновенно, что и является главным преимуществом устройства.

Важнейшим условием успешного нагрева продукта является наличие в нем диполей – молекул с неравномерным распределением зарядов и суммарным электрическим зарядом, равным нулю, за счет полярного расположения положительных и отрицательных зарядов в атоме. К наиболее ярким представителям диполей относятся молекулы воды, а значит, все продукты, отличающиеся высокой влажностью, будут более восприимчивы к влиянию микроволн. В то же время растительные масла не имеют молекул-диполей, поэтому их нагревание в микроволновке нецелесообразно.

Благодаря создаваемому в микроволновой печи электромагнитному полю диполи внутри продукта разворачиваются на 180 градусов около 6 миллиардов раз в секунду. Эта невероятная скорость приводит молекулы вещества в трение, из-за чего и повышается внутренняя температура продукта. Именно в этой физически объяснимой трансформации электрического излучения в тепловую энергию многие и видят вред микроволновки.

Вред и польза микроволновой печи

Некоторые люди считают, что непосредственное излучение, исходящее от включенной микроволновой печи, может нанести вред находящемуся рядом человеку. Многие объясняют этот риск тем, что человеческий организм более чем на 70% состоит из воды, то есть из молекул-диполей, которые проявляют особую чувствительность к влиянию СВЧ. Из-за этого влияния якобы меняется структура воды, так как происходит ее ионизация (появление дополнительного электрона в атоме воды или потеря имеющегося). Поэтому происходит разрушение и деформация молекул не только в прогреваемом продукте, но и человеческом теле. Однако это мнение является ошибочным.

Наука утверждает, что понятие “структурность” в отношении воды (именно воды, а не льда) неприменимо, а значит, и разрушить или изменить ее структуру невозможно.

Такими лозунгами заполнен интернет

Есть ли научные подтверждения вреда СВЧ-печи?

Микроволновая печь опасна для человека не всегда, а лишь при конкретных обстоятельствах. Прямой ее вред может быть нанесен кумулятивным действием сверхвысокочастотного излучения, генерируемого магнетроном. Это становится возможным только в двух случаях:

1. Если не сработает механизм отключения при открывании или неплотном закрытии дверцы. Производители убеждают, что в устройстве имеется двойная гарантированная защита потребителя от нежелательного облучения, тем не менее, система автоматического отключения изредка дает сбой.
2. Если в результате скопления нагара или других причин герметичность дверцы будет нарушена. Микроволны способны просачиваться сквозь мельчайшие отверстия или щели. Эти внешне незаметные дефекты чаще всего появляются после длительного использования электроприбора.

Просачивание микроволн через незаметные щели, а тем более в открытую дверцу при не отключившемся генераторе может нанести человеку существенный вред вплоть до ожогов внутренних органов.

Симптомы облучения СВЧ-волнами

Заподозрить, что человеку причинен вред от микроволновой печи, можно по следующим признакам:

• головокружению;
• появлению признаков сердечной недостаточности;
• помутнению в глазах;
• сонливости;
• нервозности и беспричинному плачу (у детей).

Если такие симптомы были обнаружены после нахождения вблизи работающего электроприбора, это практически стопроцентный сигнал о разгерметизации его корпуса.

Способы проверки микроволновой печи на наличие утечки излучения

Чтобы проверить, опасна ли эксплуатируемая микроволновка, нет ли утечки излучения через невидимые глазу щели в дверце, можно воспользоваться несколькими популярными в народе методами. Также можно использовать специальный детектор СВЧ-излучения.

Ручные способы проверки

Эти методы при отсутствии специального прибора довольно просты, но некоторые из них не всегда дают достоверный результат. Тем не менее, если приобрести детектор пока не удается, можно проверить печь следующим образом:

Для проведения наиболее популярного, но самого недостоверного способа проверки на вредность понадобятся два мобильных телефона. Нужно положить один из них в микроволновку и плотно закрыть ее, не включая ее при этом. Затем позвонить на него с другого мобильного. Если он зазвонит, значит, волны свободно проходят сквозь защитную дверцу как снаружи, так и изнутри.

Недостатком этого метода специалисты считают различие между рабочими частотами микроволновых печей и мобильных телефонов, так что установить вред или пользу устройства подобным способом вряд ли удастся.

Проверка с помощью детектора

Наиболее надежной и эффективной остается проверка при помощи специального приспособления, называемого детектором СВЧ-излучения. Необходимо:

1. Поставить в печку стакан холодной воды.
2. Закрыть дверцу, включить печь.
3. Приблизить детектор к дверце и медленно поводить им вдоль периметра и по диагонали дверцы, задерживаясь на уголках. При отсутствии излучения стрелка прибора будет находиться в зеленой зоне, а малейшая утечка заставит ее передвинуться в красную зону.

Рекомендации по безопасному использованию микроволновки

Известно, что по мере отдаления от микроволновки мощность сверхвысокочастотной волновой энергии быстро снижается, поэтому наиболее безопасно во время работы СВЧ-печи находиться от нее на некотором расстоянии.

Вблизи же работающего устройства (около 2 см от внешней стенки) уровень допустимого излучения не должен превышать 5 мВт на 1 кв.см.

Микроволновка, вред и польза которой зависят от соблюдения правил эксплуатации, с таким излучением абсолютно безопасна для человеческого организма. Однако есть другие причины, из-за которых это кухонное приспособление может нанести вред. Поэтому следует учесть правила обращения с ним:

• При работе электроприбора находиться от него в отдалении.
• Не ставить СВЧ-печь у кухонной плиты или у обеденного стола.
• Использовать только для быстрого размораживания и подогрева блюд.
• Разогреваемые продукты помещать в открытом, а не герметически упакованном виде (это относится даже к сосискам в плотной пищевой пленке).
• Не ставить внутрь посуду из металла и керамические емкости с каймой из металлизированной краски – это способствует возникновению дуги, угрожающей целостности магнетрона и защитной обшивки.
• Следить за чистотой защитной дверцы, не допускать появление на ней нагара, способствующего разгерметизации корпуса.

Люди, которым имплантирован кардиостимулятор, не должны пользоваться СВЧ-прибором.

Какая посуда не подходит для микроволновой печи и почему

При эксплуатации СВЧ-печи запрещено пользоваться следующими видами посуды:

1. Из металла. Любые его виды – чугун, сталь, латунь, медь – отражают микроволны, не давая им проникнуть в продукт. Кроме того, обладая электропроводностью, они могут спровоцировать искровые разряды и образование электромагнитного поля, опасного для микроволновых печей.
2. Из стекла и фарфора, если на такой посуде имеется рисунок, нанесенный золотистой или другой краской, в состав которой могут входить металлы. Даже наполовину стертый рисунок может содержать металлические частички, которые под влиянием микроволны могут искрить и создавать поле.
3. Из хрусталя. Его сложная структура может содержать частицы серебра, свинца и других металлов, помимо этого препятствием к его использованию является неоднородность толщины (граненая поверхность), из-за чего такая посуда под воздействием СВЧ может разлететься на куски.
4. Не рекомендуется пользоваться одноразовой посудой из тонкого пластика или вощеного картона, из непокрытой глазурью керамики, из неустойчивого к высоким температурам пластика.

Даже за секунду микроволны заставляют молекулы-диполи миллиарды раз проворачиваться «вокруг своей оси». Поэтому лучше не рисковать ни посудой, ни исправностью самой микроволновой печи, чтобы она работала на кухне долго и безопасно.

Устройство

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

• металлическая , с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;
• трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
• цепи управления и коммутации;
• непосредственно СВЧ-излучатель - магнетрон ;
• волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
• вспомогательные элементы:
  • вращающийся столик - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
  • схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
  • вентилятор , охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Разновидности

• с конвекцией (означает, что МВП может обдувать продукт горячим воздухом таким же образом, как обычная духовка).

Принцип работы

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы . Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом . А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг - это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке , требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередачи используется частота 33 кГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине - хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).

Мощность печи

Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод т. н. широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

Меры предосторожности

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

Вопросы безопасности

Электромагнитная безопасность

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия. При воздействии излучения 8 и более часов предельно допустимый уровень (ПДУ) - 0,025 мВт/см², при воздействии 2 часа, ПДУ - 0,1 мВт/см², а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ - 1 мВт/см².

Мифы о СВЧ-печах

В прессе встречаются утверждения, что микроволновые печи (со снятой дверцей) могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово .

См. также

Ссылки

• Вода и микроволны (англ.)

Микромир богат тайнами. Бодро рассуждаем об электронах, не зная в точности, что это такое. Удивителен принцип неопределенности Гейзенберга. Ученые, чем дальше, тем сильней начинают дивиться собственным открытиям. Теория Эйнштейна частью несостоятельна, значит, масса не растет с увеличением скорости, скорость света преодолима. Что недавно доказано экспериментально. Как работает микроволновая печь, если ничего не известно об элементарных частицах кроме непредсказуемости поведения? Попробуем заглянуть в мир удивительных и непонятных явлений.

Принцип действия активной СВЧ печи

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление — поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант — кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

1. С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
2. Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Как используются колебания высокой частоты в микроволновой печи

Колебания покидают магнетрон и немедленно попадают в волновод. Размеры круглого или прямоугольного сечения выбраны так, чтобы затухания оказались наименьшими. Волна, двигаясь под углом к оси волновода и постоянно отражаясь от верхней и нижней стенок, достигает рабочего отсека. Напряженность поля велика, посторонние предметы внутри приведут к возникновению электрических пробоев в виде молний. Исключая описанное, выход волновода в рабочую камеру прикрывается слюдяной тканью, в обиходе, слюдой.

Указанный диэлектрик прозрачен для волн, свободно проходящих в отсек. Размер рабочей камеры печи выбирается, исходя из частоты магнетрона. Но быстро стало замечено: если оставить неподвижное тело греться, температура на разных участках варьируется в широких пределах. Понятно, что людям не нравится факт: первый кусок горячее второго. Объясняется явление наличием стоячих волн. В узлах амплитуда колебания поля равна нулю, на горбах максимальна. В результате получается нечто вроде интерференционной картины.

Объясним происходящее. Энергия передается молекулам воды: атом кислорода, ближе к одному боку прилепились две частички водорода. Получается нечто вроде головы с двумя шишками на боковинах черепа. Электрический отрицательный момент находится в районе основания. Когда полем захватывается эта результирующая, молекула увлекается силовыми линиями. Напряженность волны постоянно меняется, конструкция начинает проворачиваться, заваливаться вперед. Потом назад. Получается неваляшка.

Скорость колебаний чрезвычайно высока.

Магнетрон генерирует на частоте 2,45 ГГц, происходит 2,45 млрд. движений в секунду. Образуется избыточная кинетическая энергия, быстро передаваемая окружающим молекулам. Почему выбрана частота 2,45 ГГц. Чтобы создавать побольше помех сотовым телефонам и домашней сети WiFi? Нет! Просто у любой системы собственная резонансная частота.

Усиленная многократно, волна приводит в негодность здания.

Аналогично происходит с молекулой воды. Есть частоты, не вызывающие колебаний. Район связных на 2,4 ГГц отлично передает энергию пару. Воду в любом агрегатном состоянии нагревает ударно. На факте и основан принцип действия микроволновой печи. Добавим, что эффект стоячей волны блокируется вращающимся столом. Пища постоянно двигается, различные участки попадают попеременно то в минимумы, то в максимумы волны. Что обеспечит равномерный нагрев.

Как реализуются режимы микроволновой печи

Поговорили о генерации, рассказали, как энергия ведет себя внутри рабочей камеры, раскрыли процесс передачи тепла еде. Рассмотрим, как варьируется интенсивность нагрева. Магнетрон не генерирует колебания постоянно, а возбуждается импульсами высоковольтного напряжения. В результате, регулируя скважность или периодичность, добиваются приемлемых режимов.

Инверторные микроволновые печи идут дальше. Стоящий в рабочем отсеке датчик температуры сообщает системе о состоянии пищи, в результате частота следования импульсов гибко регулируется, режим получается максимально плавным. Принцип действия датчика основан на приеме инфракрасных волн: чем выше частота, тем теплее в помещении. Если говорить еще точнее, принимается одна частота, но измеряется интенсивность. С повышением температуры спектр сдвигается вверх. Общая форма является горкой с единственной вершиной. Сам датчик сечет спектр постоянно на одной частоте. Сначала гора чуть наползает подошвой на эту линию, но по мере продвижения вправо больше и больше покрывает место. В результате фиксируется рост интенсивности. Холодная пища в инфракрасном диапазоне не излучает вообще.

Режим инвертора возможно выключить, в результате правильное использование микроволновой печи гарантирует положительный результат, если обрели опыт обращения с оборудованием. Надеемся, рассказ оказался интересен, несмотря на всеобщую неразбериху в физике. Возможно, читатели разгадают загадку наблюдателя и выложат ответ в комментариях. А мы походатайствуем о присвоении аудитории Нобелевской премии перед ответственным комитетом.

Вишняков Василий Николаевич 983

Микроволновая печь давно заняла свое место на кухне квартиры или частного дома, в комнате отдыха современного офиса и за барной стойкой небольших кафе. Простота использования создает обманчивое впечатление простоты конструкции, и мало кто задумывается о принципах работы такого привычного бытового прибора.

		entero.ru	8 610 Р
		entero.ru	35 800 Р
		whitegoods.ru	12 234 Р

Немного физики

Испокон веков эфир пронизывали десятки видов электромагнитного излучения. Свет солнца и звезд, тепло, идущее от костра и таинственный ультрафиолет, придающий коже бронзовый или шоколадный оттенок – лишь разные проявления одного и того же физического процесса.

Разные длины волн по-разному воздействуют на органы чувств человека, о существовании многих можно догадаться лишь по косвенным признакам. Видимый свет (длина волны от 380 до 780 нм) вызывает химические реакции в клетках сетчатки, формируя картину окружающего мира. Согревающее тепло костра (от 2,5 до 2000 мкм) невидимо глазу, но поглощается поверхностью кожи, даря ощущение уюта и покоя.

Волны дециметрового диапазона, с длиной волны от 10 до 100 см и частотой от 300 МГц до 3 ГГц лучше всего поглощаются полярными молекулами воды. Попадая в зону действия электромагнитного поля, молекулы Н2О выстраиваются в упорядоченные структуры, расположенные вдоль силовых линий. Так как поле переменное, то и молекулы постоянно перестраиваются, соударяясь между собой и передавая свои колебания «соседям». И при чем же здесь разогрев? А при том, что температура любого тела, однородного или нет, прямо пропорционально зависит от кинетической энергии его атомов и молекул. Чем интенсивнее колебательные движения – тем выше температура. Такой процесс преобразования энергии электромагнитных колебаний в тепловую энергию физического тела носит название «дипольный сдвиг».

А так как больше всего воды – до 98% массы – содержит животная и растительная органика, волны дециметрового диапазона более всего подходят для разогрева, а следовательно, и приготовления пищи.

		whitegoods.ru	114 200 Р
		entero.ru	11 646 Р
		securitymag.ru	33 395 Р

Как устроена микроволновка?

Сердцем всей конструкции является излучатель дециметровых волн или магнетрон. По сути, это мощная электронная лампа, дополненная внешним источником магнитного поля. Электроны, направляясь от катода к аноду, отклоняются под действием постоянного внешнего магнитного поля, двигаясь по все более и более искривленной орбите. Образованные таким образом электронные облака имеют в своей структуре дефекты или «червоточины», появление и исчезновение которых сопровождается генерацией электромагнитной волны. Магнетрон бытовой микроволновой печи излучает волну частотой 2450 МГц. Данная частота наиболее полно поглощается молекулами Н2О, что было установлено экспериментальным путем.

За обеспечение энергией магнетрона отвечает высоковольтный трансформатор - устройство, способное преобразовывать переменный ток стандартной бытовой сети в постоянный ток высокого напряжения. Вывод излучения в рабочую камеру осуществляется через волновод магнетрона – отверстие в рабочей камере лампы, закрытое прозрачным для данной длины волны материалом.

Рабочая камера микроволновой печи металлическая, снабженная герметично закрывающейся металлизированной дверцей. Как правило, оснащена также вращающимся столиком, предназначенным для равномерного разогрева продуктов.

Есть тут и блок управления, отвечающий за выбор мощности и продолжительности работы магнетрона. Интересно реализована регулировка мощности печи. Магнетрон выдает постоянное количество энергии в единицу времени. Изменение мощностных характеристик достигается определенным количеством включений и выключений излучателя в минуту. Такой метод называется широтно-импульсной модуляцией. В зависимости от модели, микроволновая печь может оснащаться кварцевым или тэновым грилем и нагнетающим вентилятором для реализации конвекционного режима приготовления продуктов.

		refro.ru	92 050 Р

Немного истории

Патент на первый магнетрон был выдан в 1924 году чешскому физику А. Жачеку. Вскоре после этого действующие модели были созданы в СССР и Японии. Долгое время магнетроны использовались как источники радиоволн сантиметрового диапазона для радарных систем.

Патент на первую микроволновую печь получил американский физик Перси Спенсер. Работая в лаборатории над усовершенствованием радарной системы, Спенсер забыл свой бутерброд на включенном магнетроне. Спустя какое то время его внимание привлек аппетитный запах поджаренного хлеба, сыра и бекона.

В 1949 году началось серийное производство СВЧ печей по военному заказу. Первая модель была высотой в рост человека, весила 340 килограмм и стоила до 3000 долларов. При мощности 3 кВт, она использовалась исключительно для быстрой разморозки продуктов.

В СССР первые микроволновые печи появились в начале 80-х годов двадцатого столетия. Производство было налажено на заводах ЗИЛ и Южмаш. Позже выпуск освоил Тамбовский «Электроприбор» и Днепровский машиностроительный завод.

Легенды и мифы, связанные с микроволновкой

Как и всякий, широко распространенный бытовой прибор, микроволновка приобрела не только сторонников, но ярых противников всякой «чертовщины». В их устах ни в чем не повинный кусок жести и моток проводов приобрел воистину ужасные свойства, о которых и не подозревал бедный Перси Спенсер.

• Микроволновая печь превратится в бомбу, если внутрь поместить любой железный предмет и нажать на кнопку включения. Неправда, просто в рабочей камере забегают красивые, но абсолютно безопасные искорки, спровоцированные блуждающими токами Фуко.
• Если включить печку при открытой или негерметично закрытой дверце, мощное СВЧ излучение уничтожит всю электронику в радиусе нескольких метров. Неправда, не рекомендуется только готовить мобильники в микроволновке, да и то из-за трудновыводимого запаха сгоревшей пластмассы.
• Яйца в скорлупе нельзя варить в микроволновой печи. Нет, можно. Правда, трудновато потом отмывать рабочую камеру. Пар, образовавшийся от закипания белка и желтка, разорвет скорлупу и раскидает содержимое по всему объему печи.

И в завершение

Надеемся, что после прочтения данного материала читатель стал яснее понимать физические принципы, лежащие в основе работы микроволновой печи. Что, в свою очередь, позволит избавиться от смешных, но таких живучих страхов и фобий перед обычным и крайне полезным бытовым прибором!

Рассказать друзьям

Микроволновая печь прочно вошла в обиход и стала одним из незаменимых атрибутов любой квартиры. Этот бытовой прибор позволяет за считаные минуты разогреть или приготовить пищу при помощи невидимого для глаза излучения.

Но чтобы узнать, откуда берется это излучение и насколько оно безопасно для человека, необходимо понимать устройство и принцип работы магнетрона микроволновой печи, который и является генератором высокочастотных волн.

Магнетрон

Что такое микроволны и как они нагревают пищу

Микроволновым называется электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 1 м. Данный вид излучения используется не только в бытовых целях, но также в системах навигации и радиолокации, а кроме того обеспечивает работу сотовой связи и спутникового телевидения.

Микроволны могут генерироваться как искусственным, так и естественным способом (например, на Солнце). Другое название микроволн – это излучение сверхвысокой частоты, или СВЧ.

Во всех типах бытовых микроволновок установлена единая частота излучения, равная 2450 МГц. Данная величина является международным стандартом, которого производители бытовой техники должны строго придерживаться, чтобы их продукция не создавала помехи в работе других микроволновых устройств.

Микроволновое излучение

Тепловое воздействие СВЧ-излучения было обнаружено американским физиком Перси Спенсером в 1942 году. Именно он запатентовал применение устройства, генерирующего микроволны, для приготовления пищи, тем самым положив начало использования микроволновых печей в быту.

В последующие несколько десятилетий эта технология была доведена до совершенства, что позволило наладить массовый выпуск простых и недорогих устройств для быстрого .

Чтобы нагреть какой-либо материал в микроволновой печи, необходимо присутствие в его составе дипольных молекул, то есть молекул, имеющих противоположные электрические заряды на обоих концах.

В пищевых продуктах главным их источником является вода. Под воздействием излучения сверхвысокой частоты эти молекулы начинают выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля, меняя свое направление около 5 миллиардов раз в секунду. Возникающее между ними трение сопровождается выделением тепла, которое и нагревает пищу.

Однако микроволны не способны проникнуть глубже, чем на 2-3 см от поверхности продукта, поэтому все, что находится под этим слоем, прогревается за счет теплопроводности от нагретых участков.

Нагрев пищи при помощи СВЧ

Устройство магнетрона и его применение

В большинстве видов микроволновой техники генератором сверхвысокочастотных колебаний является магнетрон. Устройства, похожие по своему принципу действия – клистроны и платинотроны, не получили настолько широкое распространение. Впервые магнетрон был применен в СВЧ-печах в 1960 году. Наиболее часто в технике используется многорезонаторный магнетрон, состоящий из нескольких компонентов:

1. Анод. Представляет собой медный цилиндр, разделенный на сектора с толстыми металлическими стенками. Эти объемные полости и являются резонаторами, создающими кольцевую систему колебаний. На анод подается напряжение порядка 4000 вольт.
2. Катод. Расположен в центральной части магнетрона и представляет собой цилиндр, внутри которого находится нить накаливания. В этой части устройства происходит эмиссия электронов. На подогреватель (нить накала) подается напряжение 3 вольта.
3. Кольцевые магниты. Электромагниты или постоянные магниты большой мощности, расположенные в торцевых частях прибора, необходимы для создания магнитного поля, направленного параллельно оси магнетрона. Движение электронов также осуществляется в этом направлении.
4. Проволочная петля. Она соединена с катодом, закреплена в резонаторе и выведена к антенне-излучателю. Петля служит для вывода сверхвысокочастотного излучения в волновод, после которого оно попадает прямо в камеру микроволновки.

Устройство магнетрона

Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости магнетроны нашли применение во многих сферах, но наибольшее распространение они имеют:

• В СВЧ-печах. Помимо быстрого приготовления и размораживания пищи в бытовых печах, магнетроны позволяют также выполнять производственные задачи. Промышленная микроволновая печь может осуществлять нагрев, сушку, плавление, обжиг и многое другое. При этом важно помнить, что микроволновку нельзя включать пустой, поскольку в этом случае излучение не будет ничем поглощаться и вернется обратно на волновод, что может привести к его поломке.
• В радиолокации. Антенна радара, подключенная к волноводу, фактически является коническим облучателем и используется совместно с параболическим отражателем (тарелкой). Магнетрон вырабатывает мощные короткие импульсы энергии с малой длиной волны, часть которой, отражаясь, снова поступает на антенну и далее на чувствительный приемник, обрабатывающий сигнал и выводящий его на экран.

Магнетроны в радиолокации

Принцип работы магнетрона

Работа микроволновой печи основана на преобразовании электрической энергии в электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, которое приводит в движение молекулы воды, находящиеся в пище. Дипольные молекулы, постоянно меняющие направление, вырабатывают тепло, которое и позволяет быстро нагреть продукты, при этом сохраняя их полезные свойства. Устройством, которое генерирует микроволны, является магнетрон.

Магнетрон, по сути, является электровакуумным диодом, в работе которого применяется явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление возникает в процессе нагрева поверхности эмиттера или катода. Под действием высокой температуры наиболее активные электроны стремятся покинуть его поверхность, но это будет происходить только тогда, когда на анод подается напряжение. При этом возникает электрическое поле, и электроны начинают движение к аноду, направляясь вдоль его силовых линий. Если электроны оказываются в зоне действия магнитного поля, то их траектории отклоняются в сторону направления силовых линий.

Электровакуумный диод

Анод магнетрона имеет форму цилиндра с системой полостей, или резонаторов, внутри которого находится катод с нитью накаливания. Два кольцевых магнита, расположенных по краям анода, создают внутри анода магнитное поле, благодаря которому электроны не движутся напрямую от катода к аноду, а меняют свою траекторию, вращаясь вокруг катода. Вблизи резонаторов электроны отдают им часть своей энергии, что приводит к образованию в их полостях мощного сверхвысокочастотного поля, которое выводится наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне-излучателю.

Чтобы привести в действие магнетрон, необходимо подать на анод высокое напряжение порядка 3-4 тысяч вольт. Поэтому подключение магнетрона к бытовой электросети осуществляется посредством высоковольтного трансформатора. Помимо этого схема включения микроволновой печи включает в себя волновод, передающий излучение внутрь камеры, цепь коммутации, блок управления, а также элементы защиты и охлаждения. Кроме того, внутренние стенки камеры и тонкая металлическая сетка на дверце устройства препятствуют выходу излучения за его пределы.

Схема включения магнетрона

Как магнетрон влияет на мощность СВЧ

Большинство современных производителей микроволновых печей предлагают возможность выбора мощности прибора. От этого параметра, в свою очередь, зависит режим работы (разморозка или нагрев) и скорость нагрева пищи. Однако конструктивные особенности магнетрона не позволяют уменьшить его мощность, поэтому для снижения интенсивности нагрева питание на него подается через определенные промежутки времени. Эти паузы в работе магнетрона можно заметить, если включить микроволновку на средней мощности и прислушаться к звуку ее работы.

Не так давно некоторые производители бытовой техники заявили о появлении ряда моделей микроволновых печей с инверторной схемой питания. Применение этой схемы позволило не только увеличить объем полезного пространства в камере за счет уменьшения габаритов излучателя, но и снизить энергопотребление устройства. В отличие от обычных моделей, температура нагрева в печах инверторного типа меняется плавно, однако их стоимость на порядок выше.

Охлаждение и защита магнетрона

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла, поэтому на его корпус устанавливается радиатор. Поскольку перегрев является основной причиной выхода из строя магнетрона, то для его защиты применяются и другие методы:

1. Термореле. Данное устройство используется для защиты магнетрона, а также гриля, если он имеется в модели. Термопредохранитель оснащен биметаллической пластиной, которая может быть настроена под определенную температуру. При превышении этого значения она изгибается и размыкает цепь питания.
2. Вентилятор. Он не только обдувает прохладным воздухом радиатор магнетрона, но и выполняет ряд других полезных функций, таких как охлаждение электронных компонентов устройства, циркуляция воздуха внутри камеры во время работы гриля, а также отвод горячего пара наружу через специальные отверстия.
3. Система блокировки. Несколько микропереключателей контролируют положение дверцы микроволновки, не позволяя магнетрону включаться при ее открытом положении.

Термореле

Можно ли заменить магнетрон

Главное преимущество современных магнетронов для бытовых микроволновых печей в их взаимозаменяемости. На различные модели микроволновок будут подходить магнетроны производства других фирм, поэтому при необходимости их можно менять. При этом единственным необходимым требованием будет соответствие по мощности. Купить магнетрон можно во многих магазинах электроники, однако чтобы сделать правильный выбор, необходимо разобраться в его параметрах и маркировке. Наиболее часто в микроволновках устанавливаются следующие модели магнетронов:

• 2М 213 (600 Вт номинальной мощности и 700 Вт под нагрузкой);
• 2М 214 (1000 Вт);
• 2М 246 (1150 Вт – наибольшая мощность).

Даже изучив все необходимые параметры этого устройства, производить замену магнетрона в домашних условиях не рекомендуется. Во-первых, снять его самостоятельно будет довольно тяжело, а во-вторых, обеспечить его безопасную работу после установки сможет только квалифицированный специалист.

Стандартная конфигурация магнетрона

Диагностика неисправностей и причины их появления

Замена магнетрона может потребовать довольно существенных финансовых затрат, поэтому прежде чем покупать новое устройство, необходимо произвести диагностику старого, чтобы убедиться, что оно действительно неисправно. Проверка может быть выполнена в домашних условиях с помощью обычного тестера. Для этого потребуется:

1. Отключить микроволновку от электросети.
2. Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
3. «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
4. Провести осмотр термореле.

Диагностика

По окончании диагностики можно сделать выводы о неисправности тех или иных деталей. К основным причинам выхода из строя магнетрона можно отнести следующие:

• Неисправность колпачка вакуумной трубки. Его можно заменить самостоятельно, просто подобрав аналогичный колпачок с другого магнетрона. Посадочные места таких колпачков имеют стандартную конфигурацию.
• Обрыв подогревателя. При или ее неправильной загрузке магнетрон будет перегреваться, что может привести к чрезмерному накаливанию нити и ее обрыву. Для ее диагностики необходимо измерить сопротивление между ножками конденсатора. Если его значение находится в пределах 5-7 Ом, то подогреватель исправен.
• Пробой проходного конденсатора. Если тестер не показывает «бесконечное» значение сопротивления между его контактами, то конденсатор необходимо заменить.