Mikrobangų krosnelės veikimo principas

Kaip viskas prasidėjo – nuo radaro iki virtuvės

Mikrobangų krosnelė šiandien yra tokia įprasta virtuvės dalis, kad retai kas pagalvoja apie jos atsiradimo istoriją. O ji prasidėjo visai ne virtuvėje. 1945 metais amerikietis inžinierius Percy Spencer dirbo su radarų magnetronais – įrenginiais, kurie generuoja mikrobangų spinduliuotę. Vieną dieną jis pastebėjo, kad jo kišenėje esantis šokolado batonėlis ištirpo. Tai nebuvo paprastas sutapimas – Spencer suprato, kad mikrobangas galima panaudoti maisto šildymui.

Pirmoji mikrobangų krosnelė buvo panaši į šaldytuvą dydžiu ir svėrė apie 340 kilogramų. Kainavo ji apie 5000 dolerių, todėl tiko tik restoranams ir laivams. Tik septintajame dešimtmetyje šie prietaisai tapo pakankamai kompaktiški ir prieinami paprastiems žmonėms. Dabar mikrobangų krosnelę turi beveik kiekvienas namų ūkis, nors ne visi supranta, kaip ji iš tikrųjų veikia.

Mikrobangas generuojanti širdis – magnetronas

Bet kokios mikrobangų krosnelės centrinė dalis yra magnetronas. Tai vakuuminė lempa, kuri elektros energiją paverčia elektromagnetinėmis bangomis. Šios bangos yra labai trumpos – jų dažnis siekia apie 2,45 gigahercus, o tai reiškia, kad per sekundę įvyksta 2,45 milijardo virpesių. Tokia dažnio reikšmė pasirinkta ne atsitiktinai – ji yra viena iš tarptautinių pramonės, mokslo ir medicinos (ISM) dažnių juostų, kurias galima naudoti be specialių leidimų.

Magnetronas veikia panašiai kaip senovinė radijo lempa, tik daug sudėtingiau. Jo viduje yra katodas (neigiamas elektrodas), kuris kaitinamas ir skleidžia elektronus. Šie elektronai skrieja link anodo (teigiamo elektrodo), bet ne tiesiai – magnetinis laukas verčia juos judėti spirale. Anodas turi specialias ertmes, kuriose elektronų srautas sukuria elektromagnetines bangas. Šios bangos per anteną patenka į krosnelės kamerą.

Magnetronas yra gana paprastas įrenginys, bet labai efektyvus. Jis gali paversti apie 65-70 procentų elektros energijos į mikrobangų energiją, o tai yra puikus rodiklis. Tačiau magnetronai turi ir trūkumų – jie gana garsūs (tas būdingas ūžesys, kurį girdite), o jų galia sunkiai reguliuojama. Todėl daugelis mikrobangų krosnelių naudoja paprastą triuką – jos tiesiog įjungia ir išjungia magnetroną ciklais, kad gautų mažesnę vidutinę galią.

Kaip mikrobangas šildo maistą

Čia prasideda įdomiausia dalis. Mikrobangas nesukelia trinties ar tiesioginio šilumos perdavimo – jos veikia visai kitaip. Maiste yra daug vandens molekulių, kurios yra poliarinės. Tai reiškia, kad vienas molekulės galas turi šiek tiek teigiamą krūvį, o kitas – neigiamą. Įsivaizduokite mažytį magnetą.

Kai mikrobangas patenka į maistą, jų kintantis elektromagnetinis laukas verčia šias vandens molekules nuolat keisti orientaciją – jos bando „suktis” pagal lauką. Kadangi laukas keičiasi milijardus kartų per sekundę, molekulės taip pat bando suktis milijardus kartų. Šis nuolatinis judėjimas ir trinties su gretimomis molekulėmis sukuria šilumą. Ne mikrobangas yra karštos – jos tik verčia molekules judėti taip intensyviai, kad tos pačios save įkaitina.

Dėl to mikrobangas šildo maistą kitaip nei įprasta orkaitė. Orkaitė šildo iš išorės į vidų – pirma įkaista paviršius, paskui šiluma pereina gilyn. Mikrobangų krosnelė veikia visame maisto tūryje vienu metu, kur tik yra vandens molekulių. Tačiau skverbimosi gylis yra ribotas – paprastai tik 2-3 centimetrai nuo paviršiaus. Giliau esančios dalys šyla jau dėl šilumos laidumo iš įkaitusių išorinių sluoksnių.

Kodėl kai kas šyla, o kai kas ne

Turbūt pastebėjote, kad stiklinis ar keraminis indas mikrobangų krosnelėje lieka vėsus, o maistas jame karštas. Arba kad metaliniai daiktai gali sukelti kibirkštis. Tai viskas susijęs su medžiagų savybėmis ir jų sąveika su mikrobangomis.

Medžiagos, kurios turi daug laisvų elektronų (metalai), atspindi mikrobangų spinduliuotę. Todėl mikrobangų krosnelės vidus yra padengtas metalu – tai sukuria rezonansinę kamerą, kurioje bangos atsimuša ir išlieka viduje. Bet jei į krosnelę įdėsite metalinį daiktą, ypač su aštriais kampais ar plonais kraštais, ten gali susikaupti elektros krūvis ir atsirasti kibirkščiavimas. Tai gali sugadinti magnetroną arba net sukelti gaisrą.

Plastikas, stiklas ir keramika yra dielektrikai – mikrobangas praeina pro juos beveik be sąveikos. Todėl šie indai nesušyla tiesiogiai. Tiesa, jie gali tapti šilti dėl kontakto su įkaitusiu maistu, bet ne dėl mikrobangų poveikio. Tačiau ne visi plastikai tinka – kai kurie gali lydytis arba išskirti kenksmingus junginius aukštoje temperatūroje.

Maistas su dideliu riebalų ar cukraus kiekiu šyla labai greitai, nes šios medžiagos efektyviai absorbuoja mikrobangų energiją. Todėl pyragas su uogiene viduje gali būti pavojingai karštas, nors tešla aplink atrodo vėsi. Ledas ir užšaldytas maistas šyla lėčiau, nes ledo kristalų struktūroje vandens molekulės mažiau judrios.

Krosnelės konstrukcija ir saugumas

Mikrobangų krosnelė atrodo paprasta, bet jos konstrukcija kruopščiai apgalvota. Dureles su metaliniu tinkleliu matote ne be reikalo – tas tinklelis veikia kaip Faradėjaus narvas. Mikrobangas negali prasiskverbti pro mažas angas tinklelyje, nes jų bangos ilgis (apie 12 centimetrų) yra daug didesnis už angų dydį. Tuo pačiu tinklelis leidžia jums matyti, kas vyksta viduje.

Saugos jungiklis durelėse užtikrina, kad magnetronas nedirbtų, kai krosnelė atidaryta. Tai labai svarbu, nes tiesioginė mikrobangų spinduliuotė gali būti kenksminga – ji galėtų įkaitinti audinius jūsų kūne taip pat, kaip šildo maistą. Tačiau nebijokite – tinkamai veikianti krosnelė yra visiškai saugi. Spinduliuotės lygis už kelių centimetrų nuo krosnelės jau yra nereikšmingas.

Viduje rasite besisukantį padėklą arba bangų maišytuvą. Tai reikalinga, nes mikrobangas krosnelėje sukuria stovinčias bangas su karštais ir šaltais taškais. Sukdamas padėklą, maistas praeina pro visas zonas ir įšyla tolygiau. Kai kurios krosnelės vietoj sukamo padėklo turi specialų ventiliatorių, kuris išblaško bangas.

Kodėl maistas kartais šyla netolygiai

Viena dažniausių nusiskundimų dėl mikrobangų krosnelių – maistas šyla netolygiai. Viduryje gali būti šalta, o kraštuose karšta, arba atvirkščiai. Tam yra kelios priežastys.

Pirma, kaip jau minėjau, mikrobangas skverbiasi tik 2-3 centimetrus. Jei jūsų maisto gabalas storesnis, vidurys šyla lėčiau. Antra, maisto forma ir sudėtis turi įtakos. Kampai ir kraštai paprastai šyla greičiau, nes mikrobangas juos pasiekia iš kelių pusių. Trečia, stovinčios bangos sukuria karštus ir šaltus taškus krosnelėje.

Yra keletas būdų, kaip tai išspręsti. Maistą galima išdėstyti žiedu ant padėklo, palikdami vidurį tuščią – taip jis šyla tolygiau. Storesnius gabalus geriau padalinti į mažesnius. Šildymo metu sustabdyti krosnelę ir išmaišyti ar apversti maistą. Naudoti mažesnę galią, bet ilgesnį laiką – tai leidžia šilumai pasiskirstyti tolygiau.

Kai kurie šiuolaikiniai modeliai turi jutiklius, kurie stebi garų išsiskyrimą ir automatiškai reguliuoja šildymo laiką. Kiti turi inverterinę technologiją, kuri leidžia tiksliau kontroliuoti magnetrono galią, o ne tiesiog jį įjungti ir išjungti.

Ką galima ir ko negalima daryti

Mikrobangų krosnelė nėra universalus įrankis, ir kai kurie dalykai joje tiesiog neveikia arba net pavojingi. Jau minėjau metalus – jokių aliuminio folijos gabaliukų, šakučių ar puodelių su aukso krašteliais. Tačiau yra ir kitų niuansų.

Kiaušiniai lukšte gali sprogti, nes garus neturi kur išeiti. Ta pati problema su pomidorais ar dešrelėmis – geriau juos pradurpti. Uždari indai taip pat pavojingi – gali sprogti kaip mažos bombos. Visada palikite dangtelį pravėrę arba naudokite specialius dangčius su anga.

Tuščios krosnelės niekada neįjunkite – mikrobangas turi ką nors absorbuoti, kitaip jos atsimuša atgal į magnetroną ir gali jį sugadinti. Jei norite išbandyti krosnelę, bent jau įdėkite stiklinę vandens.

Popieriniai maišeliai spragėsiams gali užsidegti, ypač jei šildinate per ilgai. Kai kurie plastikai, kaip minėjau, netinkami – ieškokite specialaus ženklo, rodančio, kad indas saugus mikrobangų krosnelei. Putplastis tikrai netinka – jis gali lydytis.

Kita vertus, mikrobangų krosnelė puikiai tinka ne tik maisto šildymui. Joje galima sterilizuoti kempines (drėgnas!), dezinfekuoti pjaustymo lentas, džiovinti žolelės, lydyti sviestą ar šokoladą, virti daržoves su minimalia vandens kiekiu, net gaminti omletą ar pyragėlį puodelyje.

Kas laukia ateityje – nuo paprastumo link išmanumo

Mikrobangų krosnelės technologija per pastaruosius dešimtmečius iš esmės nepasikeitė – vis dar naudojamas tas pats magnetronas ir tie patys principai. Tačiau valdymas ir funkcijos tapo daug sudėtingesnės.

Šiuolaikinės krosnelės turi įvairias automatines programas – atšildymui, popcorno gaminimui, bulvių kepimui. Jos gali reguliuoti galią tiksliau, turi jutiklius, kurie nustato, kada maistas paruoštas. Kai kurie modeliai jungiasi prie interneto ir gali būti valdomi per išmaniuosius telefonus.

Inverterinė technologija, kurią pirmoji pradėjo naudoti Panasonic, leidžia magnetronui dirbti kintama galia, o ne tik įsijungti ir išsijungti. Tai reiškia švelnesnį ir tolygesnį šildymą. Kombinuotos krosnelės sujungia mikrobangų ir konvekcinį šildymą arba grilį, leidžiančios ne tik šildyti, bet ir apskrudinti maistą.

Mokslininkų domina ir naujos technologijos. Kietakūniai mikrobangų generatoriai galėtų pakeisti senus magnetronus – jie būtų tylesnį, efektyvesnį ir leistų tiksliau valdyti bangų pasiskirstymą krosnelėje. Galima būtų turėti kelias antenas, kurios kryptingai šildytų skirtingas maisto dalis.

Bet nepaisant visų šių naujovių, pagrindinis principas lieka tas pats – vandens molekulės, kurias verčia suktis kintantis elektromagnetinis laukas, pačios sukuria šilumą. Tai elegantiškas ir efektyvus būdas greitai paruošti maistą, nors ir ne visada idealus. Mikrobangų krosnelė niekada nesuteiks tokio traškumo kaip keptuvė ar orkaitė, nes ji šildo per greitai ir nesukuria sausos šilumos, reikalingos Maillardo reakcijai – tai cheminiam procesui, kuris suteikia keptiems produktams tą būdingą skonį ir spalvą.

Vis dėlto, kaip greitas ir patogus būdas sušildyti vakarienės likučius, atšildyti užšaldytus produktus ar paruošti paprastus patiekalus, mikrobangų krosnelė išlieka nepakeičiama. Ir dabar, kai žinote, kaip ji veikia, galbūt pažvelgsite į šį įprastą virtuvės prietaisą šiek tiek kitomis akimis – kaip į mažą technologijos stebuklą, kilusį iš radaro tyrimų ir atsitiktinai ištirpusio šokolado.