10 мин
26 августа 2018 г.

Разогреваем мифы в микроволновке

Изучаем электромагнитное поле на самом бытовом примере
Автор: Вадим Куликов

Разогревать еду в микроволновке удобно, но страшновато. Вроде бы и яйца в ней не сваришь, и тарелки с металлической каймой не поставишь, а если включить печку пустой, - она взорвется. Давайте разберемся, что из этого правда, а что миф, пожертвовав всего одной микроволновкой.

Перед тем, как рассказать физику процессов в микроволновке, нужно пояснить, как она работает. Если коротко, печь преобразовывает энергию электромагнитного поля в тепло. Магнетрон генерирует электромагнитное поле частотой 2,45 ГГц — выше, чем у радиоволн, но ниже, чем у видимого света. Это излучение проникает в пищу и взаимодействует с молекулами воды, так как они полярны, то есть имеют четко выраженный «плюс» и «минус». В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотично. В работающей микроволновке они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, «плюсом» в одну сторону, «минусом» в другую. При изменении поля молекулы начинают очень быстро переворачиваться, механическая энергия переходит в тепловую и еда разогревается.

В отличие от других печей, микроволновка разогревает пищу по всему объему. При этом нагревается только то, что содержит воду, а, например, пластик, стеклянная и керамическая посуда остаются холодными. Тем не менее, продукты имеют разную теплоемкость и содержание воды, поэтому иногда мы получаем холодную на поверхности еду и горячую тарелку под ней.

Если включить пустую микроволновку и оставить работать долгое время, она, вопреки распространенному мифу, не взорвется и даже не загорится.

Печка просто будет нагревать влажный воздух внутри камеры. Лишь у некоторых некачественных приборов может выйти из строя магнетрон.

Микроволновая печь не опасна: ее излучение практически не выходит за пределы рабочей камеры и никак не изменяет свойства пищи. Однако, продукты, имеющие твердую оболочку в виде кожуры или скорлупы, взрываются в микроволновке. С повышением температуры давление в них увеличивается, вода внутри продуктов расширяется быстрее чем оболочка и разрывает ее.

Если поместить в микроволновку лампу накаливания, она начнет светиться. Излучение магнетрона индуцирует ток внутри нити накаливания и приводит к ее разогреву. Тоже самое происходит и с CD-диском, только в нем ток течет по дорожкам для записи, оставляя круговые и радиальные узоры. Стекло при низкой температуре не проводит ток. Его даже используют в качестве материала изоляторов. Повышение температуры разгоняет ионы натрия в стекле и его проводимость резко увеличивается. Разогревая бутылку с помощью горелки, мы добились того, что она стала проводить ток, который в ней индуцировала микроволновка. Как и другие предметы, она нагревалась, пока не взорвалась.

Металлические предметы внутри микроволновки начинают искрить.

В металлах под воздействием переменного магнитного поля возникают вихревые токи. Они протекают по замкнутым контурам внутри металла и сильно разогревают его. Сильнее всего искрят и загораются тонкие металлические пленки, например, фольга. Благодаря маленькой теплоемкости быстро достигают высокой температуры. Крупным предметам вроде ложки или вилки понадобится много времени для разогрева.

Вихревые токи можно использовать с пользой. На них, например, основан принцип действия индукционных плит: магнитное поле наводит вихревые токи в посуде, и она, нагреваясь, передает свое тепло пище.

В конце опыта мы взорвали микроволновку, продемонстрировав три составляющие огня: топливо, окислитель и температура. В качестве топлива мы использовали пропан, окислителя — кислород, а локального повышения температуры — искру от вихревых токов в фольге. Микроволновка после взрыва продолжала работать: в магнетрон все еще поступал электрический ток.

Автор и ведущий курса «Физика дома» - Алексей Иванченко, штатный физик-экспериментатор Laba.Media, заведующий лабораторией физики Политехнического музея, соведущий и автор большинства экспериментов в программе «Галилео» на СТС, автор лучшего в России научного шоу.

Если вы хотите увидеть другие неожиданные (и иногда взрывоопасные) эксперименты с самыми обыкновенными бытовыми приборами, - смотрите весь видеокурс: