Du använder förmodligen en mikrovågsugn nästan varje dag i ditt liv, men du kanske inte vet hur den fungerar. Många är rädda för att de kan ge dig cancer eller skada dig på andra sätt, men varför inte ta sig tid att lära sig vetenskapen för att inse att det inte är så mikrovågor fungerar.
Mikrovågor, vågorna, är faktiskt en form av energi som används i mikrovågsugnar, apparaten, för att värma din mat. När det gäller våglängd och frekvens ligger mikrovågorna mellan infraröd strålning och radiovågor. Om denna referensform inte betyder något för dig är en mikrovågsugn ungefär 12 centimeter från krön till krön eller 10^-2 meter. Denna våglängd absorberas lätt av de flesta livsmedel, särskilt vattenmolekyler, vilket gör att maten värms upp. Vi kommer snart att gå in på detaljerna kring detta, men nu till den viktigaste frågan: ger mikrovågor cancer?
Trots vad din mormor kanske har berättat för dig har partiklarna som utgör en mikrovågsugn, fotoner, inte tillräckligt med energi för att orsaka cancer. Liknande men kraftfullare vågor som ultraviolett och röntgenstrålning har mer energi per foton och kan orsaka cancer.
När vi nu förstår vad exakt en mikrovågsugn är, hur fungerar själva mikrovågsugnarna? Magnetronen är kärntekniken i mikrovågsugnar. Nej, det är inte namnet på en förvandlingsrobot, utan det är i huvudsak en högspänningsmotor för att skapa mikrovågor. En elektrisk transformator omvandlar 120 volts växelström från ett vägguttag till 4000 volts eller mer som matas in i magnetronen. Den höga spänningen värmer upp en glödtråd i magnetronens kärna, vilket gör att den frigör överskottsenergi i form av elektroner. Dessa elektroner skulle normalt sett flyga utåt från katoden (glödtråden) till anoden (positiva terminaler), men en cirkulär magnet böjer dem tillbaka till glödtråden. Denna böjning från fastmagnetens sida gör att elektronerna flyger i en slags slinga.
I en större skala skapas mikrovågor när dessa elektroner skickas ut från glödtråden och flyger i slingor. I huvudsak flyger de loopande elektronerna kontinuerligt förbi anodterminaler. När en elektron flyger förbi en öppning mellan anoderna skapas en mikrovågsstråle. Tänk dig att det är som att blåsa över den öppna änden av en flaska.
Det är viktigt att förstå hur en mikrovågsugn, eller närmare bestämt en magnetron, skapar mikrovågor, men hur värmer dessa vågor sedan upp dina varma fickor? Mikrovågorna sänds från magnetronen genom en antenn. Mikrovågorna studsar sedan runt på insidan av mikrovågsugnens metallhölje i olika mönster. Vågorna absorberas sedan lätt av vattenmolekylerna i maten. Molekylerna absorberar vågen vilket gör att de börjar vibrera och omvandlar energin till värme. Livsmedel med låg vattenhalt påverkas normalt inte av mikrovågor. Detta är också kärnprincipen bakom mikrovågssäkra material.
Om vi gräver djupare i varför vattenmolekylernas absorption av mikrovågorna får maten att värmas upp, måste vi titta på elektriska fält. Vattenmolekyler är precis som magneter positivt laddade på ena sidan och negativt laddade på den andra. Mikrovågor är också positiva vid sin övre topp och negativa vid sin nedre topp. När en mikrovågsstråle träffar en vattenmolekyl försöker molekylen anpassa sig till vågens fält. Eftersom mikrovågor i själva verket är vågor rör sig deras positiva och negativa fält ständigt, -2,5 miljarder gånger per sekund när det gäller mikrovågor. Detta i kombination med att vattenmolekylen försöker anpassa sig till de föränderliga fälten innebär vibrationer. Vibration innebär friktion och friktion innebär värme.
Så vi vet vad mikrovågor är och vi vet hur de värmer mat, men varför värmer de mat så snabbt och varför finns det ofta kalla fläckar i vår mat?
Mikrovågor värmer mat så snabbt eftersom de tillagar alla delar av maten samtidigt. I en stekpanna tillagas maten endast genom konduktion när maten är i kontakt med pannan. Eftersom mikrovågor passerar genom alla delar av maten som tillagas kan den värmas upp både invändigt och utvändigt samtidigt. Men det innebär också att det kan uppstå kalla fläckar på grund av vågornas natur.
Kalla fläckar i mikrovågsmat orsakas när mikrovågorna tar ut varandra. När en positiv sida av en våg och en negativ sida av en våg träffar varandra upphäver de varandra och blir lika med ingen våg. När jag tänker på det mer rudimentärt har jag brutit ner det till denna prisbelönta ekvation:
(1 värme) + (-1 värme) = 0 värme
Detta orsakar ”döda zoner” i mikrovågor där ingen uppvärmning sker. Det är därför de flesta moderna mikrovågsugnar har en snurrande tallrik. Genom att snurra flyttas maten in och ut ur de döda zonerna, vilket ger en jämnare uppvärmning.
Detta täcker i stort sett allt som har med moderna mikrovågsugnars funktion att göra. Dessa apparater har blivit avgörande för vår dagliga rutin och omfattar en hygglig mängd vetenskap och teknik. Förhoppningsvis kan du nu aldrig mer se på en mikrovågsugn på samma sätt igen.