Věda a technika

Jak funguje mikrovlnná trouba

Máte doma mikrovlnnou troubu? Víte, jaká je historie objevu tohoto pomocníka v domácnosti? Patříte mezi ty, kteří váhají, zda je jídlo z mikrovlnné trouby bezpečné? Zajímá vás, jak je možné, že se jídlo ohřeje, i když je uvnitř trouby chlad? Proč není k ohřevu možné použít obyčejný hrnec? Na následujících řádcích vám odpovíme na tyto otázky. Začalo to všechno vlastně jednou čokoládou…

Trocha historie

{snippet ad5}Před více než 60 lety se odehrála následující příhoda. Dr. Percy Spencer, zaměstnanec firmy Rayetheon Corporation pracující na vývoji nových radarových technologiích si všiml, že se mu při práci s radarem vysílajícím záření v mikrovlnné oblasti v kapse roztekla čokoláda. Ačkoli byl tento efekt pozorován již dříve, byl první, kdo pochopil, co se stalo. Mikrovlny dokáží zahřát potraviny. Následovaly úspěšné pokusy s přípravou popcornu pomocí radaru a pokus o uvaření vejce – vybouchlo výzkumníkovi před očima. Protože, ač byl Dr.Spencer z části samouk, rozhodně se nejednalo o člověka nepodnikavého (za svůj život nasbíral více než 150 patentů), první mikrovlnná trouba na sebe nenechala dlouho čekat. V roce 1946 Rayetheon Company patentovala použití mikrovln pro vaření jídla a v následujícím roce se na trhu objevila první mikrovlnná trouba. Nutno podotknout, že k dnešním kuchyňským troubám se měla asi jako staré sálové počítače k dnešním PC. Vážila kolem 340 kg a vysoká byla přibližně 1,7 m. Její název zněl „Radarange“. Ani cena přes 5000 dolarů nebyla zanedbatelná.
Následovaly roky vývoje – zejména bylo nutno vyvinout menší vzduchem chlazený zdroj mikrovln (magnetron) a snížit rozměry a váhu přístroje. První uplatnění v potravinářství nebylo v kuchyních, ale v průmyslu – mikrovlny se začaly používat pro sušení nejen bramborových lupínků, ale i kávových zrn, papíru, korku, kůže, tabáku, květin atd…
Dalších 20 let trvalo, nežli se na trhu objevila mikrovlnná trouba běžně použitelná i v domácnostech (míním tím amerických, nikoli u nás) – přijatelná cena pod 500 dolarů a rozměry, které se vešly do kuchyně. V 70. letech byla již běžnou součástí amerických a japonských domácností (a v 90. letech i českých…).

Princip mikrovlnného ohřevu


Mikrovlnné záření je záření ne-ionizující o vlnových délkách přibližně 1 dm až 1 mm. (Brzy se o něm dozvíte více v článku "Mikrovlny, rentgen a ostatní druhy záření". Jde tedy o záření, jež nemá dostatečnou energii na to, aby narušovalo zasažené molekuly (narozdíl např. od rentgenového záření nedokáže vyrážet elektrony z atomů a podobně). Pro použití v mikrovlnných troubách byla schválena frekvence 2450 MHz, což představuje vlnovou délku 12,2 cm. Výběr této vlnové délky nebyl náhodný, ale má dva důležité důvody. Za prvé, jedná se o vymezenou frekvenci, která neinterferuje (neruší) s telekomunikačními frekvencemi (radary, televizní a rozhlasové vysílání, mobilní sítě atd.). Za druhé, tato vlnová délka má vhodné parametry pro ohřev vody.
Tím se také dostáváme k fyzikálním principům, na jejichž základě mikrovlnná trouba funguje. Ze školy si možná pamatujete rozdělení látek na polární a nepolární (a iontové). Voda, jejíž chemický vzorec je H2O, se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Kyslík a vodík jsou atomy s rozdílnou elektronegativitou, tj. kyslík více přitahuje elektrony z vazby s vodíkem a vytváří se na něm záporný náboj a naproti tomu na vodících náboj kladný. Voda tedy patří mezi polární molekuly. Molekuly vody v plynném i kapalném stavu jsou za normálního stavu neuspořádané. Začneme-li však na vodu působit elektrickým polem budou se molekuly snažit dosáhnout takové orientace, aby se jejich záporně nabitá část otočila ke kladnému pólu pole a kladná k zápornému. Nyní si představme, že se toto pole začne rychle měnit. Kladný pól se bude velmi rychle měnit v záporný a naopak. Co na to molekuly vody? Budou se snažit tyto změny následovat a budou se „vrtět jako na obrtlíku“ (odborně se tomu říká oscilační vibrace). Přesně tak tomu je, když se voda vloží do mikrovlnného pole. Voda (a všechny jiné polární molekuly) se budou snažit poli přizpůsobit, začne docházet k jejich srážkám. Všechno výše popsané se navenek projeví uvolněným teplem – dojde tedy k přeměně energie mikrovln na energii tepelnou a voda se zahřeje.
Při ohřevu v mikrovlnné troubě platí tedy následující pravidla: polární látky s polem interagují a zahřívají se, nepolární neinteragují a nezahřívají se. Vodivé látky mikrovlny odráží. Z toho tedy vyplývá i volba materiálů při konstrukci trouby a toho, co lze v troubě použít jako nádobu k ohřevu a co lze ohřát.
Když si troubu otevřete, všimnete si, že vnitřní prostor je tvořen kovovými (vodivými) stěnami a dvířka mají děrovanou kovovou fólii. Rozhodně nemusíte mít strach, že těmi dírkami mikrovlny „utečou“. Aby totiž mohly utéci, musely by být otvory v kovu srovnatelné a větší s vlnovou délkou použitého záření (výše bylo uvedeno že jde o délku 12,2 cm). Proto tedy mikrovlnné záření dírkami o rozměrech mm „neutečou“, zatímco světlo lampy uvnitř ano (vlnová délka viditelného světla je 400 až 700 nm, přičemž 1 nm je 0,000001 mm), což nám umožňuje pozorovat varný proces uvnitř trouby.
Pro nádoby vhodné k ohřevu se v každém návodu dočtete, že nemají být z kovu a po zapnutí na několik sekund se nemají zahřát – tj. mají být z nepolárních materiálů – sklo, plasty,… Nesmí mikrovlny absorbovat ani odrážet, mají být pro ně „průchozí“ (transparentní). Tím pro použití na nádoby odpadají i nádoby vodivé (hrnce), které by mikrovlny odrážely a „nepustily“ dovnitř.
Pro ohřívané věci tedy platí – musí obsahovat polární látky, které absorbují mikrovlny. Jak již bylo uvedeno, do skupiny polárních látek patří voda a ta je v určitém množství v každé potravině. Je třeba si uvědomit, že samozřejmě tak jako všude jinde se teplo ze zahřívaných látek šíří sáláním do okolí a tak se stane, že při delším vaření se zahřeje i hrneček ve kterém ohříváme mléko a podobně.

Ze všeho výše uvedeného tedy vyplývá, že zatímco potraviny obsahující vodu (nebo jiné polární látky) se zahřejí, okolní vzduch uvnitř trouby se nezahřeje.

Previous ArticleNext Article