Valószínűleg életed szinte minden egyes napján használsz mikrohullámú sütőt, de lehet, hogy nem vagy tisztában azzal, hogyan is működik egy mikrohullámú sütő. Sokan attól tartanak, hogy rákot okozhat, vagy más módon károsíthatja Önt, de miért ne szánna egy kis időt a tudomány megismerésére, hogy rájöjjön, a mikrohullámok nem így működnek.
A mikrohullámok, a hullámok valójában az energia egy formája, amelyet a mikrohullámok, a készülék, az ételek melegítésére használ. A mikrohullámok hullámhosszukat és frekvenciájukat tekintve az infravörös sugárzás és a rádióhullámok közé esnek. Abban az esetben, ha ez a viszonyítási forma semmit sem jelentene önnek, egy mikrohullám körülbelül 12 centiméter a gerincétől a gerincéig, vagyis 10^-2 méter. Ezt a hullámhosszt a legtöbb élelmiszer, különösen a vízmolekulák könnyen elnyelik, ami az étel felmelegedését okozza. Ennek részleteire hamarosan rátérünk, de térjünk rá a legfontosabb kérdésre: rákot okozhatnak a mikrohullámok?
A nagymamája által elmondottak ellenére a mikrohullámot alkotó részecskék, a fotonok nem rendelkeznek elegendő energiával ahhoz, hogy rákot okozzanak. A hasonló, de erősebb hullámok, mint az ultraibolya és a röntgensugárzás több energiával rendelkeznek fotononként, és rákot okozhatnak.
Most, hogy már értjük, mi is pontosan a mikrohullám, hogyan működnek maguk a mikrohullámú sütők? A magnetron a mikrohullámú sütők alapvető technológiája. Nem, ez nem egy átalakító robot neve, hanem lényegében egy nagyfeszültségű motor a mikrohullámok létrehozására. Egy elektromos transzformátor a fali aljzatból származó 120 voltos váltakozó áramot 4000 voltosra vagy magasabbra alakítja át, hogy a magnetronba táplálja. Ez a nagyfeszültség felmelegíti a magnetron magjában lévő izzószálat, amely elektronok formájában felszabadítja a felesleges energiát. Ezek az elektronok normális esetben a katódtól (izzószál) kifelé repülnének az anód (pozitív kapocs) felé, de egy körkörös mágnes visszahajlítja őket az izzószál felé. A szilárdtest mágnes általi elhajlás hatására az elektronok egyfajta hurokban repülnek.
Nagyobb léptékben, mivel ezek az elektronok az izzószálból indulnak ki, és hurokban repülnek, mikrohullámok keletkeznek. Lényegében a hurkolt elektronok folyamatosan repülnek el az anódvégződések mellett. Ahogy egy elektron elrepül az anódok közötti nyílás mellett, mikrohullámot hoz létre. Gondoljon erre úgy, mintha egy üveg nyitott végét fújnánk át.
A mikrohullámú sütő, pontosabban a magnetron mikrohullámok létrehozásának megértése kulcsfontosságú, de hogyan melegítik fel ezek a hullámok aztán a meleg zsebet? Nos, a mikrohullámokat a magnetron egy antennán keresztül továbbítja. A mikrohullámok ezután különböző mintázatokban pattognak a mikrohullámú készülék fémházának belsejében. Ezeket a hullámokat aztán könnyen elnyelik az élelmiszerben lévő vízmolekulák. A molekulák elnyelik a hullámot, aminek hatására rezegni kezdenek, és az energiát hővé alakítják. Az alacsony víztartalmú élelmiszerekre általában nem hatnak a mikrohullámok. Ez a mikrohullámnak biztonságos anyagok alapelve is.
Mélyebbre ásva, hogy miért a mikrohullám vízmolekulák általi elnyelése okozza az étel felmelegedését, meg kell vizsgálnunk az elektromos mezőket. A vízmolekulák, akárcsak a mágnesek, az egyik oldalukon pozitívan, a másikon negatívan töltöttek. A mikrohullámok is pozitívak a felső csúcsukon, és negatívak az alsó csúcsukon. Amikor egy mikrohullám eltalálja a vízmolekulát, a molekula megpróbál a hullám mezejéhez igazodni. Mivel a mikrohullámok valójában hullámok, pozitív és negatív mezőik folyamatosan mozognak, a mikrohullámok esetében másodpercenként -2,5 milliárdszor. Ez azzal együtt, hogy a vízmolekula megpróbál igazodni a változó mezőkhöz, rezgést jelent. A rezgés súrlódást jelent, a súrlódás pedig hőt.
Azzal tehát tisztában vagyunk, hogy mik a mikrohullámok, és tudjuk, hogyan melegítik fel az ételt, de miért melegítik fel olyan gyorsan az ételt, és miért vannak gyakran hideg foltok az ételben?
A mikrohullámok azért melegítik fel olyan gyorsan az ételt, mert az étel minden részét egyszerre sütik meg. A serpenyő csak vezetés útján főzi meg az ételt, ahol az étel érintkezik a serpenyővel. Mivel a mikrohullámok a főzés alatt álló étel minden részén áthaladnak, az ételt egyszerre lehet külsőleg és belsőleg is felmelegíteni. Ez azonban azt is jelenti, hogy a hullámok természetéből adódóan hideg foltok is keletkezhetnek.
A mikrohullámok egymást kioltó hatására a mikrózott ételben hideg foltok keletkeznek. Amikor egy hullám pozitív és negatív oldala találkozik egymással, kioltják egymást, és így nem keletkezik hullám. Ezt kezdetlegesebben végiggondolva, erre a díjnyertes egyenletre bontottam le:
(1 hő) + (-1 hő) = 0 hő
Ez okozza a “holt zónákat” a mikrohullámokban, ahol nem történik melegedés. Ezért van a legtöbb modern mikrohullámú sütőben egy forgó tányér. A forgás mozgatja az ételt a holt zónákon belülre és kívülre, ami egyenletesebb felmelegedést eredményez.
Ez nagyjából mindent lefed, ami a modern mikrohullámú sütők működésével kapcsolatos. Ezek a készülékek mindennapi rutinunkban kulcsfontosságúvá váltak, és tisztességes mennyiségű tudományt és mérnöki munkát foglalnak magukban. Remélhetőleg most már soha többé nem fogsz tudni ugyanúgy tekinteni egy mikrohullámú sütőre.