Fornos microondas
1994/12/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Desde a Prehistoria o home está a preparar paira comer alimentos (carne, por exemplo, colocada sobre o lume) con ondas electromagnéticas. Na actualidade utiliza nos fornos microondas un magnetrón que produce ondas de algo máis de lonxitude que o infravermello en lugar do lume, pero a base é a mesma. En ambos os casos as ondas electromagnéticas quítanse enerxía paira quentar a comida.
Por tanto, imos ver brevemente que son as ondas electromagnéticas. Nas ondas electromagnéticas propágase simultaneamente o campo eléctrico e o campo magnético, combinando os planos de oscilación de ambos. Oscilacións sinusoidales cunha velocidade de expansión de 300.000 km/s. A frecuencia ou frecuencia das oscilacións, pola súa banda, pode ser moi pequena ou lenta, moi grande ou máis rápida, desde uns poucos períodos por segundo até miles de millóns de períodos por segundo.
O campo magnético é capaz de accionar a distancia. Sabemos que o imán pode levantar un cravo a unha distancia (polo que pode traballar). Dise que o campo magnético ten enerxía potencial. O campo eléctrico tamén presenta características similares, aínda que a súa influencia a longa distancia é menor. No entanto, a barra de plástico electrizada pode atraer fragmentos de fío ou fragmentos de poliestireno expandido. Por tanto, o campo eléctrico tamén ten enerxía potencial e pode traballar.
O campo electromagnético transporta enerxía, pero dependendo da súa frecuencia de oscilación non a sentiremos ou a sentiremos. A unidade de frecuencia é o heno, é dicir, una oscilación por segundo, pero o fenómeno periódico pode definirse tamén coa súa lonxitude de onda. A lonxitude de onda é a distancia entre dous puntos de máxima intensidade (ou dúas de mínima). A lonxitude de onda é a distancia entre dous picos consecutivos nas oscilacións que se producen ao verter a pedra á superficie de Urgelko.
No caso das ondas electromagnéticas que nós queremos analizar aquí, diremos que somos moi sensibles ás lonxitudes de onda entre 0,4 mm e 0,8 ?m (1 mm = milímetro) e que as detectamos visualmente. Dámosnos/Dámonos conta de que o flash da cámara fotográfica leva enerxía acesa diante dos ollos ou que a luz solar levantada. O estado de vidro transparente, con todo, non sentiría nada porque permitiría o paso da luz e non absorbería enerxía.
Respecto da radiación electromagnética, hai materiais transparentes, outros opacos (absórbese a radiación e tómase enerxía) e outros reflectores (a radiación rebota na superficie). Na práctica danse tres procesos nun mesmo material (transmisión, absorción e reflexión), pero normalmente predomina un proceso e os outros dous son desechables. Todo depende da frecuencia da radiación e da natureza da sustancia. Un mesmo elemento pode ser transparente a unha frecuencia, opaco a outra e transparente á terceira, etc.
Os raios ultravioleta, os raios X e finalmente os raios gamma son máis frecuentes que as radiacións visuais que nós recibimos. Nós non vemos raios ultravioleta, pero a nosa pel é opaca e moi sensible a eles. Producen queimaduras e a remodelación molecular pode producir tumores.
Se comezamos pola radiación visible cara a frecuencias máis baixas, primeiro temos os raios infravermellos. Penetran máis profundamente na pel que a luz visible e absorbendo a súa enerxía quéntase. A calor do forno ou do lume recíbese a distancia e sente que a pel e as pezas quéntanse.
A potente radiación infravermella que emite a caldeira de Labegarai, queima a pel á próxima e arde as pezas. Os raios infravermellos son de lonxitude de onda entre 1 mm e 1 mm. A partir de aí comeza o campo de microondas, radar, radiotelescopio e microondas de cociña.
Todas as ondas de todas as frecuencias e lonxitudes mencionadas até agora son ondas electromagnéticas, é dicir, da mesma natureza. Con todo, os seus efectos dependen das características eléctricas e magnéticas do material que capturan, pero tamén do chamado efecto escala. Noutras palabras, en frecuencias moi elevadas as lonxitudes de onda son similares ás das moléculas e os raios X ou gama afectan directamente ás partículas atómicas, os átomos e as moléculas. Son radiacións ionizantes. Atravesan case todos os corpos orgánicos (con maior dificultade paira os metais), pero ao pasar a radiación as cargas reordénanse nos átomos (é dicir, o átomo se ioniza).
Os raios ultravioleta son menos penetrantes. Os metais son case completamente reflectores, pero penetran nos corpos orgánicos a pouca profundidade. A partir da luz visible, os metais son absolutamente reflectores paira todas as lonxitudes de onda, pero isto non ocorre nos tecidos animais. Poden alcanzar máis profundidade que os raios ultravioleta e penetran uns centímetros antes da súa total absorción.
A partir de aí, as radiacións de lonxitudes de onda superiores a varios metros, do mesmo xeito que os raios X, atravesan os corpos orgánicos. As ondas de radio, por exemplo, atravesan a árbore ou o animal claro como o vidro. A lonxitude de onda desde a lonxitude de onda á micra do infravermello até a lonxitude de onda dos microondas de 30 cm é, por tanto, a maior profundidade e absorción da radiación nos corpos orgánicos.
Cando a radiación absórbese, tamén se absorbe enerxía, que nos tecidos dos animais transfórmase en calor. Como a lonxitude de onda da radiación infravermella é do mesmo tamaño que a célula, a absorción comeza nas primeiras células atopadas, é dicir, a pouca profundidade. A enerxía electromagnética transfórmase en axitación molecular, aumentando a temperatura superficial. Isto ocorreu cada vez que desde a prehistoria o home colocou o anaco de carne xunto á chea de nubes (sen tocar o lume). De feito, a radiación infravermella emitida por esas chamas é a que foi absorbida e quentada na superficie da carne. Os infravermellos fan pouco ao interior e por iso a carne quéimase por fóra, pero se mantén cru e vermello por dentro. O interior da carne nunca se queima, aínda que a calor da pel transmítese lentamente por condución a todo o pedazo. Así se prepara hoxe en día a carne ou o peixe en brochetas e grellas.
Se se quere quentar o interior do anaco de carne como a pel, débese utilizar una radiación dunha lonxitude de onda duns dez centímetros, pero este tipo de radiación non é a emitida polo lume ou polas resistencias eléctricas que se colocan á altura do efecto Joule. Paira iso necesítase un xerador especial que emite ondas de radio, chamado magnetrón.
O magnetrón utilizouse primeiro nos radares en 1935, pero en 1947 os militares tamén empezaron a utilizalo na cociña. O magnetrón é como una lámpada sen carga. Consta dun ánodo ou corpo cilíndrico positivo e un cátodo negativo quentado no seu interior por un filamento de baixa tensión. Entre o ánodo e o cátodo aplícase una tensión entre 4.000 e 5.000 voltios e un imán permanente crea un campo magnético de gran intensidade no eixo do ánodo.
Sen este campo magnético, a atracción do campo eléctrico de alta tensión permitiría atraer radialmente aos electróns emitidos polo cátodo elevado. Pero si só houbese campo megético, os electróns describirían a curva e volverían ao cátodo. Cando hai ambos os campos (eléctrico e magnético), os electróns teñen movemento composto e do mesmo xeito que a hélice de distintos brazos fórmanse as nubes de electróns. Como se ve na imaxe, o ánodo ten orificios no seu interior que están comunicados mediante ranuras co orificio central, onde se atopa o cátodo. Dando voltas, a nube de electróns produce ondas electromagnéticas. A lonxitude destas ondas vén determinada polo diámetro dos orificios (orificios de resonancia). Estas ondas recollen as pezas denominadas aneis de axuste e envíanse ao forno onde se atopan os alimentos.
Na práctica utilízase una frecuencia de 2.450 megahercios, correspondente a unha lonxitude de onda de 12,24 cm. Este tipo de radiación capta o alimento que se atopa no interior do forno, pero os alimentos (carnes, leite, patacas, etc.), principalmente, conteñen auga, desde o 75% até o 90%. Por iso, o efecto dos microondas sobre a auga é fundamental. A molécula de auga non é eléctricamente neutra senón denominada molécula polar. Neles conviven dúas cargas eléctricas iguais pero de signo contrario formando un dipolo eléctrico. No campo eléctrico, o compás compórtase como no campo magnético, é dicir, oriéntase na dirección das liñas de campo.
Cando os microondas atravesan a auga ou o corpo moi hidratado, todas as moléculas oriéntanse na dirección do campo eléctrico destas ondas, pero como este campo cambia miles de millóns de veces por segundo, as moléculas baséanse nesa frecuencia. Estas oscilacións significan millóns de colisións, é dicir, un aumento da axitación das moléculas, tanto en frecuencia como en amplitude. Como consecuencia, a temperatura corporal aumenta.
A enerxía que conteñen os microondas transfórmase en calor, pero esta calor tamén se produce a uns centímetros de profundidade e non só na superficie (como cos infravermellos).
Coas ondas infravermellas, cando a persoa sente radiación afástase. Para que pase nada, ocorreralle na pel, pero se a radiación dos microondas atrápalle, paira darse conta tamén quentará os tecidos internos. Por iso é perigoso circular ao redor dos radares e por iso os microondas que se fabrican paira o seu uso na cociña teñen mecanismos de seguridade.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
