Из чего состоит и как работает микроволновка. Устройство и принцип работы микроволновой печи
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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:
- Отключить микроволновку от электросети.
- Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
- «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
- 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.
Как именно работает микроволновая печь? Что заставляет нагреваться еду, воду и другие вещества, в то время как воздух или стекло в микроволновке почти не нагреваются? Как правильно обращаться с микроволновкой, чтобы не испортить ее саму и приготавливаемое блюдо? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье!
Принцип работы микроволновки
Правильное полное название микроволновки – печь с токами сверхвысокой частоты (СВЧ). Внутри нее (за приборной панелью) есть специальное устройство для излучения радиоволн – магнетрон, что можно увидеть из схемы:
Когда работает магнетрон, выделяемые им электромагнитные колебания определенной частоты заставляют дипольные молекулы внутри печи колебаться с той же частотой. Самой распространенной в природе дипольной молекулой является молекула воды (в продуктах – еще жиры и сахара). На молекулярном уровне высокая частота колебаний превращается в повышение температуры, поэтому любые продукты с высоким содержанием воды быстро разогреваются. Если же молекул воды внутри продуктов (или материалов) очень мало или нет совсем, нагрев почти не происходит.
Глубина проникновения микроволн небольшая – 2-3 сантиметра, однако поверхность приготовляемого блюда СВЧ-волны пронзают легко, а в глубине они встречают сопротивление молекул воды, поэтому продукт фактически прогревается изнутри.
Любые токопроводящие материалы внутри микроволновки нагреваются. Разная способность проводить ток в нашем случае обозначает разную скорость нагревания.
Чтобы нагрев продуктов происходил равномерно, используется несколько подходов:
- Диск из жаропрочного стекла в нижней части СВЧ-печи . Он вращается вместе с блюдом, подставляя под излучение магнетрона все его стороны.
- Микроволны . Они подаются по специальному волноводу (широкой трубке) от магнетрона на вращающийся отражатель, расположенный обычно в верхней части СВЧ-печи. В таких микроволновках можно разогревать неподвижные блюда большого размера и веса.
Еще бывают так называемые инверторные СВЧ-печи. Они отличаются от обычных моделей тем, что магнетрон работает непрерывно, но со снижением потребляемой мощности. Это достигается за счет использования в печи так называемого инвертора (преобразователя постоянного тока в переменный) вместо традиционного трансформатора.
В инверторных печах лучше сохраняются витамины, и меньше разрушается структура поверхности блюда, но принципиальной разницы нет.
Во многих моделях микроволновок магнетрон закрыт специальной полупрозрачной пластинкой. Она прозрачна для СВЧ-лучей, но не позволяет пару, брызгам жира и прочим посторонним веществам попадать внутрь микроволновки через отверстие в экранировании. Не вынимайте эту пластину, а если это требуется для чистки от жира, то после полного высыхания обязательно верните на место.
Всё о чистке микроволновой печи ищите в этой статье: .
Несмотря на распространенное мнение, СВЧ-излучение не убивает микробы. По крайней мере, научно это не доказано. С другой стороны, комплексное воздействие высокой температуры и микроволн на молекулы воды внутри бактерий и вирусов в течение нескольких минут уменьшает их количество многократно, а с теми, что остались, ваша иммунная система справляется самостоятельно.
Частота работы микроволновки
Большинство магнетронов излучает волны на частоте 2450 МГц (мегагерц, или миллионов колебаний в секунду). Это волны дециметровой длины (длиной в 12,25 см). Некоторые промышленные установки, например в США, работают с частотой 915 МГц. Вынужденные колебания молекул воды не являются резонансными колебаниями, так как для них резонансная частота на порядок выше – 22,24 ГГц (гигагерц, или миллиардов колебаний в секунду).
Бояться вредного излучения от микроволновки не надо. Первый массовый выпуск микроволновок был произведен в Японии фирмой «Sharp» в 1962 г. С тех пор прошло очень много лет, десятки миллионов японцев десятилетиями разогревают еду в СВЧ-печах и при этом средняя продолжительность жизни японцев является предметов зависти всего мира.
На дистанции в полметра от СВЧ-печи воздействие микроволн ослабевает в 100 раз, поэтому при опасении получить облучение достаточно держаться от микроволновки на расстоянии вытянутой руки.
Больше информации о влиянии микроволновой печи на человека вы можете найти . Только научные факты!
Как работает гриль в микроволновке?
Гриль позволяет вам жарить продукты в СВЧ-печи с помощью обычного жара, а не микроволн. Именно она делает на блюдах аппетитную корочку, которая при обычной СВЧ-обработке не появляется.
Спираль гриля находится в верхней части печи и бывают двух видов:
- ТЭНы (теплоэлектронагреватели). ТЭН – это металлическая трубка, внутри которой находится тонкая спираль из сплава никеля и хрома. Через спираль проходит ток, и она нагревается.
- Кварцевые . Кварцевый гриль – это тоже ТЭН, только вместо металлической трубки – стеклянная оболочка, между спиралью и трубкой – изолирующий кварцевый песок.
Обычные металлические ТЭНы часто можно регулировать – перемещать к задней стенке или опускать, зато стеклянную поверхность кварцевого гриля легче чистить (жир и нагар не въедается в стекло так, как в металл).
Бывают конструкции СВЧ-печей с грилем и конвекцией. Конвекция – это просто обдув горячим воздухом вашего блюда во время приготовления. Для такого обдува в микроволновке устанавливают вентилятор, сдувающий разогретый воздух от спирали гриля в сторону блюда.
Большинство моделей микроволновок позволяют одновременно использовать и ТЭН, и СВЧ. Однако имейте в виду, что такая комбинация может сильно нагревать розетку и провода в вашем помещении.
Читайте в следующей статье о принципах выбора микроволновой печи под свои запросы: .
Инструкция по работе с микроволновой печью
Чтобы правильно обращаться со своей микроволновой, нужно внимательно подходить ко всем пунктам – начиная с выбора посуды и заканчивая правильным выключением после применения.
Какую посуду использовать?
Лучший материал для разогрева в микроволновке – жаропрочная стеклянная посуда. Также хорошо подходят фарфор и другие керамические изделия, бумага (картон). Сквозь них микроволны проходят очень легко и почти не нагревают их. А вот от посуды из следующих материалов надо отказаться:
- Пластика . Хорошо пропускает СВЧ-излучение, но из-за токсичных компонентов при изготовлении (например, пенополистирол) может представлять опасность для вашего здоровья.
- Металла. Они проводят электрический ток, не пропуская микроволны. Так что приготовить или просто разогреть блюдо в алюминиевой кастрюле или чугунном горшке не получится. Металл просто не пропустит электромагнитные волны к продуктам, и они останутся холодными. Сам металл при этом, конечно, нагреется, и от его тепла могут нагреться и продукты. Но это может привести к поломке СВЧ-печи, да и ждать приготовления блюда придется долго. Инструкцию по ремонту микроволновых печей читайте .
Некоторые материалы могут содержать металлы, и об этом заранее бывает трудно догадаться. Например, это хрусталь. Так стоит внимательно на ярлыке прочитать, какие материалы использовались при производстве конкретной посуды.
- Меламина . Это легкий и красивый материал для посуды, похожий на фарфор, но его нельзя ставить в СВЧ-печь. Дело в том, что при нагреве он выделяет токсины, опасные для вашего здоровья.
Что касается формы посуды, то она может быть любой, но не с узким горлом, поскольку при использовании для разогрева в микроволновке она может быть опасной. Дело в том, что некоторые жидкости нагреваются до температуры кипения, но бурного перемешивания внутри объема при этом не происходит. А вот когда вы достанете такой кувшин или колбу из СВЧ-печи, жидкость мгновенно взбурлит, кипящая пена выльется из емкости, и можно получить ожог. Например, так ведут себя при некоторых условиях дистиллированная вода и некоторые очищенные масла растительного происхождения.
Правильное обращение с продуктами
Изначально стоит точно определить, что нельзя размораживать в микроволновке:
- Сливочное масло . Если его положить в микроволновку и оставить надолго, оно не просто растает, а еще и вскипит, испачкав всю печь изнутри. Так происходит потому, что внутри масла есть не только собственно масло, но и вода. Она вскипает при 100 градусах, а масло примерно при 120. Так что вода может перейти в пар еще до таяния масла, и водяной пар разнесет масло по всей печке.
Примерно то же самое может происходить с другими продуктами, которые иногда нужно растопить, например, с шоколадом, поэтому это лучше делать не в микроволновке, а на пару.
- Продукты с плотной оболочкой . Например, это яйца, помидоры, цельная печень птицы. При нагреве некоторая часть воды не просто постепенно нагревается, а сразу превращается в пар. Если греть продукты долго, то еще больше пара образуется от прямого нагрева. Этому пару некуда выйти, поэтому давление внутри емкости растет и приводит к взрыву.
- Герметично закрытую посуду . Например, консервы и бутылки. Причина та же, что и в предыдущих пунктах – высока вероятность взрыва.
- Сосиски, плотно упакованные в оболочку, перед СВЧ-разогревом обязательно нужно проткнуть вилкой, чтобы создать отверстия для выхода пара, иначе он разворотит сосиски изнутри.
- В яйцах и другие продуктах нужно разрушить все внешние и внутренние оболочки, например, сделать омлет или разрезать печень.
- Для варки яиц и других продуктов в микроволновке используются специальные кастрюльки с экранированием. В нее наливается вода, она-то и греется от СВЧ-волн, а до яиц электромагнитное излучение не доходит – их закрывает экран.
- Если в микроволновку ставится небольшое по объему блюдо, следует добавить к нему обычный стакан с водой. Так вы избежите перегрева магнетрона.
- Любые жидкие блюда в микроволновке лучше посолить заранее, а не после приготовления. Так вы сэкономите время и электроэнергию. Дело в том, что дистиллированная (несоленая) вода в микроволновке греется и закипает, но дольше, чем обычная вода.
- Очень сильно замороженный продукт (мясо, например) будет размораживаться в микроволновке довольно долго, и включать СВЧ-печь при этом нужно на минимальную мощность. Причина в том, что молекулы льда – не молекулы воды, СВЧ-волны не расшатывают их так интенсивно. Кроме того, молекулы льда образуют достаточно жесткую структуру и их не так легко «раскачать», как молекулы воды.
Сухой хлеб часто рекомендуют «размягчить» в микроволновке, но он может загореться при длительном воздействии и максимальной мощности СВЧ-излучения . Это же может произойти даже с попкорном, рассчитанным на приготовление именно в микроволновке. Следовательно, когда в микроволновую печь помещаются такие продукты, нужно быть бдительным.
Правила включения/выключения
Нельзя включать пустую микроволновку, тем более на полную мощность:
- Внутри печи все стенки (и даже дверца) являются специальным металлизированным экраном, отражающим микроволны обратно внутрь микроволновки. Единственное место, где нет экрана – отверстие для выхода электромагнитных волн из магнетрона.
- Когда на поддоне находятся продукты, микроволны расходуют свою энергию на нагрев этих продуктов. Если же энергию впитывать нечему, СВЧ-излучение отражается от стенок экранирующих поверхностей, при этом плотность волн возрастает все больше.
- СВЧ-излучение попадает обратно в магнетрон, и если он состоит из металла, то просто перегреется и может выйти из строя.
Считается, что после разогрева блюда в СВЧ-печи лучше дать ему постоять 3-5 минут. Тогда успевают нейтрализоваться так называемые «свободные радикалы», то есть части молекул, распавшихся на части под воздействием микроволн.
Видео: Как работает микроволновка?
Все вышесказанное о принципе работы устройства хорошо иллюстрируется в следующем видео:
После прочтения нашей статьи вы стали намного лучше разбираться в принципе работы СВЧ-печи. Теперь вы знаете, что она может делать лучше обычной духовки и электроплитки, а что не может, и какие действия вообще недопустимы при работе с микроволновкой.
Вконтакте
Микроволновая печь - один из незаменимых приборов на кухне, без которого сегодня домохозяйкам приходится сложно. Все прекрасно знают, как ею пользоваться: ставите блюдо, нажимаете 1-2 кнопки и ждете 2-3 минуты, после чего остается достать уже разогретую пищу. Однако мало кто понимает принцип работы микроволновки, то есть то, как работают основные ее элементы. Попробуем разобраться в этом вопросе.
Принцип работы микроволновки
Все СВЧ-печи работают по одному принципу, и в роли основного элемента выступает магнетрон - специальное устройство, способное излучать волны малой длины и частотой 2450 МГц. В современных приборах его мощность составляет 700-1000 Вт. Отметим, что при работе он сильно нагревается, поэтому возле него устанавливают вентилятор, который выполняет сразу несколько функций: в первую очередь, он отводит тепло от магнетрона, во вторую - обеспечивает циркуляцию воздуха в камере микроволновой печи. В свою очередь, это обеспечивает равномерный разогрев продуктов.
Собственно, на этом и основан весь принцип работы микроволновки: магнетрон подает короткие волны с высокой частотой, которые воздействуют на пищу и разогревают ее. Конечно, подобное объяснение является примитивным, но и оно дает возможность понять суть процесса.
Более подробное объяснение
Микроволны, излучаемые магнетроном, проходят в камеру печи через специальный волновод - канал с металлическими стенками, отражающими магнитное излучение. После того как эти волны попадают в камеру, они воздействуют на пищу, а точнее - на молекулы воды, которые содержатся в любом продукте питания. В результате диполи (молекулы) под действием микроволн начинают быстро перемещаться, тереться друг о друга, что способствует выделению тепловой энергии. Так и происходит нагрев еды.
Особенность микроволн заключается в том, что они могут проникать вглубь до 3 сантиметров. Остальной объем продукта нагревается от верхнего слоя. Такой принцип работы магнетрона в микроволновке объясняет, почему после разогрева еда может быть горячей сверху и одновременно холодной внутри. Вглубь тепло проникает из-за естественной теплопроводности.
Если вы использовали подобный прибор ранее, то не могли не заметить, что в процессе разогрева он вращается. Это необходимо для того, чтобы микроволны попадали на все участки разогреваемых продуктов.
Защита от микроволн
Учитывая принцип работы микроволновки, логично задуматься о вреде ее для здоровья человека. Безусловно, излучаемые магнетроном микроволны являются вредными для человека. Однако после открытия дверцы магнетрон прекращает свою работу, поэтому человек физически не может ощутить на себе их влияние. А чтобы они не выходили за пределы камеры для разогрева, предусмотрена специальная защита. Все ее стенки выполнены из металла, который отражает волны, и те не могут покинуть пределы прибора. Что касается стеклянной дверцы (она просто обязана быть, чтобы пользователь мог видеть процесс разогрева или приготовления), то она покрыта специальной сеткой, отражающей микроволны. Если эту сетку убрать, то волны могут покидать пространство камеры, и это может реально навредить человеку. Недопустимо использовать СВЧ-печь, если есть повреждение, например, уплотнителя дверцы или ее сетки.
Кстати, учитывая тот факт, что металл отражает микроволны, металлическую посуду использовать недопустимо.
Конструкция устройства
Все СВЧ-печи работают одинаково, следовательно, они имеют один и тот же состав деталей. В частности, можно выделить следующие конструктивные элементы:
- Магнетрон - основной агрегат, который является источником микроволн.
- Камера с вращающимся подиумом и металлическими стенками, отражающими радиоволны.
- Трансформатор для повышения напряжения.
- Дверца с защитной сеткой и прозрачным стеклом.
- Коммуникации и схема управления.
- Волновод.
- Вентилятор для охлаждения магнетрона.
Все эти элементы принимают то или иное участие в работе печи.
Работа магнетрона
Как уже было сказано, магнетрон - это сердце СВЧ-печи. Он представляет собой электровакуумный диод, выполненный из большого анода цилиндрической формы. Сам анод является медным, он сочетает в себе 10 секторов медной стенки.
В центре устройства находится стержневой катод, внутри канала которого расположена нить. Он предназначается для эмиссии электронов. Чтобы устройство генерировало микроволны, нужно создать в полости магнитное поле. Для этого применяются кольцевые магниты высокой мощности - они находятся по торцам детали. А для создания эмиссии к аноду подают напряжение, равное четырем тысячам вольт. Для достижения такого напряжения вступает в дело трансформатор в микроволновке. Принцип работы любой модели предполагает его наличие.
Также внутри прибора есть проволочные петли, которые подключаются к катоду, а тот к излучательной антенне. Именно с этого элемента микроволны попадают непосредственно в сам волновод, откуда они выходят и попадают в камеру с пищей.
Контроль мощности
Если для готовки еды требуется меньше мощности, то магнетрон может циклически включаться или отключаться. В науке подобная технология называется широтно-импульсной модуляцией.
Для того чтобы прибор мощностью 400 Вт выдал её половину в течение 20 секунд, то его активируют на 10 секунд, после чего отключают питание на те же 10 секунд. Конечно, все это происходит на полной автоматизации.
Охлаждение магнетрона
Отметим, что при работе прибор выделяет большое количество теплоты, следовательно, его нужно охлаждать. Для этого само устройство устанавливают в пластинчатый радиатор, а рядом располагают кулер. Он обдувает радиатор и отводит тепло от магнетрона. Если вентилятор не будет работать, то устройство может просто перегреться в процессе работы и банально выйти из строя. Но чтобы этого не произошло, его дополнительно комплектуют специальным термопредохранителем - защитным устройством.
Назначение предохранителя
Для того чтобы гриль и магнетрон не перегревались, в некоторых моделях устанавливают специальные термопредохранители (термореле). Они могут быть разными. В частности, основное отличие заключается в количестве тепла, которое они способны выдерживать.
Это устройство достаточно простое в плане своей работы. Оно выполнено из алюминиевого сплава, крепится при помощи фланцевого соединения, обеспечивающего надежный контакт с тем участком, на котором производится замер температуры. Внутри корпуса установлена биметаллическая пластина, которая может сопротивляться определенной температуре. И если значение температуры выходит за определенную границу, то пластина сжимается и активирует толкатель, и он размыкает цепь контактной группы. Подача электричества на агрегат после этого прекращается, магнетрон отключается и постепенно остывает, пластина возвращается в свое исходное положение по мере остывания магнетрона. Через определенное время контакты снова замыкаются.
Вот такой простой принцип работы микроволновки, в частности предохранителя от перегрева. Отметим, что в дешевых моделях этот элемент может отсутствовать, так как он совершенно не нужен для нормального функционирования устройства. Это лишь элемент защиты, повышающий надежность и срок службы печи, не более того.
Роль кулера
Говоря о том, как работает микроволновка, принцип работы необходимо объяснять с учетом всех конструктивных элементов, которые в ней могут применяться. Кулер - один из них. Безусловно, это важный компонент системы, без которого устройство и работа микроволновки не будут полноценными.
Его задачаи:
- Охлаждение магнетрона. Это самая важная задача, без которой магнетрон сгорел бы в первый же день использования печи.
- Охлаждение других компонентов, которые выделяют тепло при работе. В частности, речь идет о микросхемах.
- В моделях, где есть гриль, кулер производит охлаждение термореле.
- Создание избыточного давления в камере, где находится еда. Из-за этого пары и воздух выводятся через вентиляционные пути.
Чаще всего для выполнения всех этих функций достаточно всего одного вентилятора. Благодаря наличию в камере воздуховодных отверстий сам воздух распространяется равномерно.
Устройство камеры
В принципе, физика работы микроволновки сложной не является, ведь еще со школы известно, что сильное электромагнитное излучение опасно для человека. Именно оно исходит от магнетрона и поступает в камеру с пищей, поэтому в этом устройстве необходима сильная многоуровневая система защиты.
Вся рабочая камера внутри покрывается эмалью, что блокирует электромагнитное излучение. Сверху находится металлический кожух, препятствующий проникновению волн в помещение. А для защиты стеклянной дверцы предусматривается стальная сетка с мелкими ячейками - она блокирует излучение частотой до 2450 Гц и длиной волн до 12 см.
Отметим, что дверца - это самое слабое место, через которое микроволны могут просочиться, поэтому она должна максимально прочно прилегать к корпусу и не иметь зазоров. Если будет щель, то эксплуатация прибора запрещается. В этом случае необходимо поправить петли дверцы и вернуть ее в исходное положение.
К тому же алгоритм работы микроволновки предусматривает использование специального защитного устройства от включения с открытой дверцей. Подобная система может быть реализована по-разному, чаще всего используются микропереключатели, контролирующие положение дверцы. Эти переключатели могут выключать магнетрон, передавать информацию о положении дверцы на блок управления.
Панель управления
Она есть на любой модели. В старых устройствах панель управления представлена в виде всего лишь двух (или даже одного) механических переключателей. Одним задается режим работы (разогрев, размораживание и т. д.), другим время. Схема примитивная, но рабочая и простая.
Однако современные модели оснащаются большой сенсорной панелью. Такие панели управления предоставляют пользователю большой функционал и даже возможность программировать режим. Например, можно задать определенное время старта разогрева пищи, длительность процесса, можно даже указать еду или блюда, которые будут разогреваться. И хотя кажется, что такие приборы являются более совершенными, в техническом плане отличий мало. Электронная панель управления не меняет то, как работает микроволновка.
Блок управления
Командоаппарат есть в каждом устройстве (не только в СВЧ-печах), где в определенный момент должно быть выполнено то или иное действие. Благодаря ему обеспечиваются разные функции. В частности, прибор с его помощью может поддерживать заданную температуру, включать или отключать печь после заданной операции.
В более старых СВЧ-печах это устройство представлено в виде двух электромеханических переключателей - они и отвечают за описанные выше функции и играют важную роль в общем устройстве микроволновки. Конечно, со временем электроника развивалась, и в результате появились полностью электронные блоки управления. Сейчас в СВЧ-печах (и не только в них) применяются микропроцессоры и специальные программы, в соответствии с которыми прибор может выполнять ту или иную функцию:
- Встроенные часы.
- Размораживание пищи.
- Подача звукового сигнала о завершении процесса размораживания, приготовления или разогрева еды.
Заключение
Теперь вы более точно понимаете, как работает микроволновка. Принцип работы данного устройства относительно прост. Он основывается на элементарных законах физики.
Закрепим изученное: магнетрон (основной элемент СВЧ-печи) излучает очень короткие радиоволны с высокой частотой. Они воздействуют на молекулы воды, из-за чего те начинают активно двигаться. Этот процесс сопровождается выделением теплоты. Учитывая тот факт, что волны проникают неглубоко в пищу, нагревается только поверхность продуктов, а далее за счет естественной теплопроводности тепло переходит вглубь.
Это и есть основной принцип работы микроволновки. Устройство и основные элементы мы также рассмотрели в данной статье. Все они являются классическими и используются в абсолютно всех моделях от любых производителей. На данный момент описанная выше рабочая схема является единственной, хотя разные производители могут использовать отличающиеся по каким-либо параметрам модули. К примеру, в одной модели может быть использован более мощный магнетрон, который сможет разогреть еду гораздо быстрее. В других компактных моделях этот элемент может иметь низкую мощность, что позволяет создать прибор небольших размеров. Подобных отличий сотни, но принцип работы от этого не меняется совершенно. Конечно, более сильный магнетрон определяет то, сколько работает микроволновка по времени для разогрева пищи одного объема. Поэтому, если не любите ждать, то лучше выбирать модель помощнее.
На этом все. Мы полностью разобрали устройство этого предмета бытовой техники и ответили на большинство вопросов, с ним связанных.
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.)
Все микроволновые печи в зависимости от функционального наполнения можно разделить на следующие виды:
Соло – обычные СВЧ-печи способны выполнять только разморозку и разогрев продуктов. В этих моделях используются только микроволны. Другие функции отсутствуют.
СВЧ-печи с грилем – кроме основных функций размораживания и подогрева пищи имеет также встроенный ТЭН и вертел для приготовления блюд в режиме гриля (курица-гриль, мясо-гриль и т.д.). ТЭНовый гриль может быть подвижным, то есть менять наклон.
СВЧ-печи с конвенцией – имеет функцию циркуляции горячего воздуха вокруг приготовляемого продукта. В такой микроволновке можно готовить много разных блюд, также как и в традиционной электрической духовке.
Мультифункциональные СВЧ-печи – помимо стандартных функций имеют еще множество дополнительных режимов, которые делают процесс приготовления пищи более безопасным, комфортным и разнообразным.
Для нашей безопасности производители внедряют в свои модели следующие защитные функции:
- Блокировка работы прибора в случае открытия дверцы во время процесса приготовления пищи;
- Блокировка от детей – исключает возможность случайного включения;
- Экран от излучения – защитное средство, которое должно быть в каждой модели.
Понятно, что именно многофункциональность модели делают ее эксплуатацию особенно комфортной для нас. Многообразие режимов и дополнительных средств позволяют готовить сложные блюда, помогают раскрыть ваши кулинарные способности. В дорогих мультифункциональных моделях СВЧ-печей чаще всего встречаются следующие функции:
Я перечислила самые востребованные функции СВЧ-печей, но это наверняка не полный список. В разных моделях эти функции комбинируются по-разному.
Виды микроволновок по способу управления
По способу управления все микроволновые печи можно разделить на три типа:
Механическая регулировка – это наиболее простой и дешевый способ управлять техникой, который присущ бюджетным соло-моделям. Двумя круглыми рукоятками задается мощность излучения и включается таймер (время разогрева или размораживания продуктов). Для моделей, где есть несколько разных режимов двух ручек-переключателей недостаточно. Поэтому в микроволновках других видов используется электронное управление.
Кнопочное управление – это более удобное электронное управление техникой. Кнопочное управление представлено набором кнопок на панели прибора и используются в моделях, где есть наличие разных режимов.
Сенсорное управление – по сути это те же кнопки, только сенсорные. В таких моделях, как правило, есть дисплей, который показывает время, используемые программы, степень готовности блюда. Сенсорное управление самое удачное в плане программирования. Оно также позволяет задать технике более точные параметры.
К сожалению, у данного типа управления есть один недостаток: сенсорные кнопки очень чувствительны к перепадам напряжения в электросети. При сильных перепадах перестают нормально функционировать.
Объем камеры микроволновых печей
Объемы микроволновых печей колеблются от 9 до 41 литров. Для небольшой семьи достаточно иметь СВЧ-печь объемом 17-23л. Для семьи из трех-четырех человек – от 23 и более литров. Практически все модели СВЧ-печей оснащены таймером и подсветкой рабочей камеры.
Чем больше объем камеры микроволновки, тем больше и ее мощность. От мощности зависит также скорость приготовления блюд.
Виды внутреннего покрытия камеры в микроволновках
Внутренняя отделка камеры чаще всего представляет собой покрытие из особо прочной эмали, которую легко содержать в чистоте.
Довольно часто встречается и керамическое покрытие. Некоторые производители называют его «биопокрытием». Оно также очень прочно. Его трудно поцарапать, что мешает размножению микробов в печи. Жир на идеально гладкой керамической поверхности не задерживается и сползает по стенкам камеры вниз, поэтому за прибором легко ухаживать.
Внутреннее покрытие камеры встречается из нержавеющей стали. Нержавейка выдерживает любые температуры, но ухаживать за ним несколько сложнее.