Принцип действия микроволновой печи

Устройство микроволновки

Устройство и конструкция СВЧ-печи

Главная деталь в любой СВЧ печи – это магнетрон. Магнетрон – это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри. Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor (Turntable motor).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M (Fan motor), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это «мозги» микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board. Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор. На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле: RELAY1, RELAY2, RELAY3. Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи — это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor), ТЭН гриля (Grill Heater), лампа подсветки O.L (Oven Lamp).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 — 2000 Вт (1,5 — 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 — 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor) и диоде (H.V. Diode) создаёт постоянное напряжение в 4kV для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80 0 – 100 0 C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT (устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT (контролирует температуру гриля).

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом — на температуру отключения 120 – 145 0 С.

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH – главный выключатель, SECONDARY SWITCH– вторичный выключатель). Третий – MONITOR SWITCH (контрольный выключатель) – размыкает свои контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр — NOISE FILTER.

Дополнительные элементы микроволновки.

Кроме базовых элементов конструкции, микроволновка может быть оснащена грилем и конвектором. Гриль может быть выполнен в виде нагревательного элемента (ТЭН’а) или инфракрасных кварцевых ламп. Эти элементы микроволновки очень надёжны и редко выходят из строя.

Нагревательные элементы гриля: металло-керамический (слева) и инфракрасный (справа).

Инфракрасный нагреватель представляет собой 2 последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500 — 600W).

В отличие от микроволнового нагрева, который происходит изнутри, гриль создаёт тепловое излучение, которое разогревает пищу снаружи внутрь. Гриль разогревает пищу медленнее, но без него невозможно приготовить поджаристую курочку .

Конвектор — это, не что иное, как вентилятор внутри камеры, который работает в паре с нагревателем (ТЭН’ом). Вращение вентилятора обеспечивает циркуляцию горячего воздуха в камере, что способствует равномерному прогреву пищи.

Про фьюз-диод, высоковольтный конденсатор и диод.

Элементы в цепи питания магнетрона обладают интересными свойствами, которые нужно учитывать при ремонте микроволновки.

Так, по умолчанию, высоковольтный конденсатор (H.V.Capacitor) имеет встроенный резистор.

Он служит для разряда конденсатора. Дело в том, что конденсатор находится под высоким напряжением (2 кВ), и поэтому после выключения СВЧ-печи требуется его разряд. Это предохранительная мера. Также бывает, что резистор внутри конденсатора перегорает, и конденсатор не разряжается. Поэтому перед проведением ремонта микроволновки рекомендуется принудительно разряжать конденсатор на корпус.

Внешний вид высоковольтного конденсатора 1.0µF * 2100V AC.

Высоковольтный диод (H.V. Diode) является комбинированным элементом и состоит из целой вереницы последовательно включенных диодов. Это позволяет составному диоду работать с высоким напряжением. Но в этом кроется подвох. Дело в том, что протестировать такой диод стандартной методикой проверки не удастся. Мультиметр просто не сможет «открыть» такой диод из-за того, что пороговое (прямое) напряжение отпирания (VF) диодов складываются. В результате в прямом и обратном включении высоковольтный диод будет иметь высокое сопротивление.

Так, например, для диода HVR-1X3 максимальное прямое напряжение (VF) составляет 11V. Если учесть, что обычно падение напряжения на переходе в прямом включении (VF) у кремниевых диодов составляет 1 — 1.1V, то получается, что в диоде HVR-1X3 ориентировочно смонтировано 10 последовательно включенных диодов.

Максимальное постоянное обратное напряжение такого диода — 12kV!

В некоторых микроволновых печах параллельно высоковольтному конденсатору устанавливается фьюз-диод (защитный диод). По сути, фьюз-диод — это двунаправленный высоковольтный супрессор. Он служит для того, чтобы защитить конденсатор от завышенного рабочего напряжения, которое чревато выходом из строя последнего. Но на практике чаще бывает так, что он сам и выходит из строя. В таком случае ремонтники просто удаляют его из цепи, как ненужный аппендикс. На деле оказалось, что микроволновки прекрасно работают и без такого диода.

Для тех, кто желает более детально разобраться в устройстве СВЧ-печей, подготовлен архив с сервисными инструкциями микроволновых печей (Daewoo, SANYO, Samsung, LG). В инструкции приведены принципиальные схемы, схемы разборки, рекомендации по проверке элементов, список комплектующих.

Также рекомендуем ознакомиться с книгой «Ремонт микроволновых печей».

Микроволновая печь: история, устройство и принцип работы, регулирование производительности, аспекты безопасного использования

История СВЧ-печи

Перси Спенсеру было 50 лет, когда он работал инженером в американской военно-промышленной компании «Raytheon» («божественный луч»), активно занимавшейся производством оборудования для радаров.

На дворе был 1945 год, именно тогда Перси совершенно случайно обнаружил явление, которое спустя два года будет положено в основу первой микроволновой печи: во время очередного эксперимента с магнетроном, кусок шоколадки в кармане Спенсера вдруг начал плавиться без видимой на то причины.

Магнетрон — это устройство, которое выделяет электромагнитную энергию в виде микроволн. Первоначально использовавшаяся для радиолокационной техники.

Оказалось, что сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение способно эффективно разогревать пищевые продукты. Уже 8 октября 1945 года Перси Спенсеру был выдан патент на первую в мире СВЧ-печь, предназначенную для быстрого размораживания продуктов.

В 1947 году была построена (уже можно было сказать, что сошла с конвейера) первая размораживающая СВЧ-печь под маркой «Radarange». Это была установка размером с большой современный холодильник, которая весила 340 кг при мощности в 3 кВт.

Первые массовые поставки СВЧ-печей «Radarange» для размораживания продуктов питания были направлены в столовые военных госпиталей и в солдатские столовые США. Начиная с 1949 года началось уже серийное производство данных печей, так что любой, кто мог позволить себе такую покупку, имел возможность приобрести СВЧ-печь для разморозки всего за 3000 долларов.

Зарождение идеи касательно производства бытовых микроволновок для разогрева пищи датируется 25 октября 1955 года, когда первая СВЧ-печь для домашнего использования была представлена американской компанией «Tappan Company». Серийное же производство домашних микроволновок началось в 1962 году японской компанией «Sharp», однако спрос на столь экзотическое бытовое изделие не был высоким.

В СССР микроволновые печи «ЗИЛ», «Электроника» и «Мария МВ» начали выпускать в 80-е. В 1990 году была выпущена микроволновая печь «Днепрянка-1» объемом 32 литра, обладающая мощностью 1,3 кВт при мощности СВЧ-излучения 600 Вт, на магнетроне М-105-1.

Так началось массовое производство домашних микроволновок, позволяющих быстро размораживать пищу, разогревать ее, и даже готовить. Главное условие — чтобы помещаемый в СВЧ-печь продукт содержал в себе воду.

Принцип действия и устройство микроволновки

Суть в том, что электромагнитное излучение дециметрового диапазона приводит к ускорению движения полярных молекул диэлектрика (воды), обладающих определенным дипольным моментом.

Поскольку молекулы ускоряются, происходит их взаимодействие под действием СВЧ-излучения, то есть вещество поглощает электромагнитное излучение, при этом температура данного вещества повышается.

Оптимальное же диэлектрическое поглощение водой электромагнитного излучения происходит на частоте 2,45 ГГц, именно на этой частоте работают магнетроны современных СВЧ-печей.

Если сравнивать с обычными духовками, то в микроволновой печи происходит разогрев пищи не только по поверхности, но и по объему продукта, так как электромагнитная волна проникает в разогреваемое тело на глубину от 1,5 до 2,5 см, что ускоряет разогрев, дает среднее повышение температуры пищи равное 0,4 °С за секунду.

Для получения микроволнового излучения с заданной длиной волны, в СВЧ-печи применяется магнетрон со специально рассчитанными конструктивными параметрами. Излучение, генерируемое магнетроном, передается через волновод и концентрируется в камере, в которую помещается разогреваемое блюдо.

Камера закрывается металлической дверцей, предотвращающей распространение СВЧ-волн за ее пределы. Питание магнетрона традиционно осуществляется от вторичной обмотки высоковольтного трансформатора (МОТа) с выходным напряжением 2000 вольт, которое повышается схемой удвоения (состоящей из конденсатора и диода). Накал катода магнетрона обеспечивает специальная вторичная обмотка с напряжением 4 вольта от того же трансформатора.

Классическим способом автоматической регулировки тепловой производительности микроволновой печи является тот же, что применяется в утюгах и в бытовых нагревательных приборах: магнетрон периодически включается и выключается, с тем чтобы средняя тепловая мощность, подаваемая в камеру в форме электромагнитных волн, получилась бы равна заданной пользователем.

Аспекты безопасного использования микроволновых печей

Согласно научным данным, прямое воздействие СВЧ-волн на тело человека порождает ощутимый тепловой эффект, а в случае длительного (или мощного) воздействия — способно привести к местному перегреву и вызвать серьезные ожоги.

Так, при плотности микроволновой мощности в районе 35 мВт/кв.см человек чувствует нагрев. Продолжительное воздействие при плотности мощности более 100 мВт/кв.см вызывает катаракту и может привести к временному бесплодию.

Уровень плотности СВЧ в 10 мВт/кв.см считается безопасным. Применительно же непосредственно к микроволновым печам, согласно европейскому стандарту, на расстоянии 5 см от микроволновой печи предельный уровень плотности мощности не должен превышать 1 мВт/кв.см, а на расстоянии 50 см от печи — не должен быть более 0,01 мВт/кв.см. Именно этим стандартам соответствуют современные микроволновые печи на момент их изготовления.

Кстати, открытая дверца печи всегда блокирует ее включение, то есть СВЧ-печь никогда не должна работать с открытой дверцей.

Теперь о воздействии СВЧ-волн на электропроводящие вещества (особенно на металлы). Волна, конечно, не проникает внутрь металлических предметов, однако она способна навести в металле индуцированные токи, в том числе вихревые токи, которые, в свою очередь, сильно разогревают металл.

По этой причине у вас не получится эффективно разогреть еду в металлической посуде с помощью СВЧ-печи. Что и говорить о посуде с металлическими рисунками и каемками, которые легко разрушаются под действием СВЧ-волн (от индуцируемых вихревых токов), что просто портит посуду.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как устроена микроволновая печь

Микроволновка работает практически в каждой современной квартире. Этот удобный бытовой прибор умеет подогревать, размораживать, запекать. Некоторые модели способны поджаривать на гриле и выполнять сложные программы для изготовления внутри готовых блюд. Принцип действия микроволновки не поменялся с момента ее изобретения. Но благодаря достижениям технического прогресса выросла безопасность оборудования, а электрическая схема способна осуществлять комплексное управление и точный контроль параметров работы.

Общий принцип действия микроволновой печи

Физика процесса нагрева содержимого микроволновки достаточно проста. СВЧ излучение воздействует на молекулы продуктов, и благодаря их взаимному трению выделяется тепло. Но это слишком простое объяснение.

На самом деле, колебаниям подвергаются только молекулы воды. Но если поставить в микроволновку идеально чистый стакан с дистиллированной жидкостью, то ее температура при стандартном времени работы печи изменится достаточно мало. Так почему же нагреваются продукты? Это происходит благодаря трению молекул на границе сред, то есть, разных веществ. А так как строение любого материала, будь то съедобный продукт или кусок дерева, велико и обязательно имеет в структуре воду, возникают разноамплитудные колебания.

В микроволновку нельзя класть металлы. При воздействии на них СВЧ излучения образуются поверхностные токи и происходят искровые, дуговые пробои на стенки внутреннего отделения печи. Однако технический прогресс нашел выход. Сегодня множество компаний, например, Daewoo, выпускают микроволновки, в которые можно ставить металлические предметы. Также во многих моделях разрешено использование замкнутых контуров, в частности, тарелок с тиснением фольгой по краю или декоративных блюд с металлическим бортом.

Какие элементы есть в конструкции микроволновки

Устройство микроволновой печи только на первый взгляд кажется сложным. Владельца этого прибора вводит в заблуждение количество кнопочек, индикаторов, средств программирования. На самом деле, любая печь, с механическим управлением, сенсорной панелью, пультом, гибридным электронным контролем, состоит из одинаковых функциональных блоков:

  • блок генерации СВЧ излучения, магнетрон и волноводы;
  • система преобразования напряжения, главный модуль — повышающий высоковольтный трансформатор;
  • средства контроля в составе группы датчиков;
  • система вторичной защиты;
  • управляющая схема микроволновки.

Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки.

Управляющая схема

Главная электросхема микроволновки, с которой имеет дело пользователь — это блок управления. В нем при помощи кнопок, механических переключателей, регуляторов задаются граничные параметры. То есть рабочая мощность или режим, время исполнения программы и так далее.

Схема управления может быть как угодно сложной. Самый простой вариант представляет собой круговые регуляторы, один из которых — реле таймера. С их помощью устанавливается мощность режима и время работы. Еще один знакомый пользователям вариант — гибридный, с кнопками. По сути, его функционал ненамного шире механической регулировки.

Сенсорная панель, в большинстве случаев, ничем по принципу действия не отличается от кнопок. Она просто более надежна и не требует обслуживания. Продвинутые схемы электронного управления включают программирование, то есть переключение по заданному алгоритму мощности излучения и времени ее выдачи.

Система преобразования напряжения

Микроволновка состоит из группы узлов, которые очень опасны для человека. Главный из них — повышающий трансформатор. Когда схема управления дает команду на включение режима, он выдает до 4 КВ напряжения. При этом рабочий ток может достигать 10А и выше. Такие параметры работы электросети представляют огромную опасность для человека.

Блок генерации СВЧ излучения

Магнетрон — это сердце микроволновки. По сути, это обычная вакуумная лампа, похожая на те, которые использовались в кинескопах старых телевизоров. Только магнетрон генерирует интенсивную электромагнитную волну высокой частоты, образуемой при прохождении электронов через магнитное поле.

Блок генерации излучения состоит не из одного СВЧ источника. Для, так сказать, подачи волн в рабочую зону печи устанавливаются волноводы. Именно они находятся за слюдяной пластиной, которую каждый видел на боковой стенке микроволновки, когда ставил в нее тарелку с завтраком.

Системы основной и вторичной защиты

Роль контрольных датчиков вполне понятна. Они следят, чтобы ни один из ключевых элементов электронной и аппаратной части не вышел в критический режим работы. Датчики гарантируют безаварийное функционирование прибора и предотвращают опасные сбои. Но у микроволновки есть системы защиты, разработанные для человека. Ниже будут подробно описаны их функции.

Итак, система управления инициализирует пуск магнетрона. Она же задает параметры работы, отсчитывает временные интервалы, меняет мощность и так далее. Есть и обратная связь между системами безопасности и управления. По сигналам первых может быть полностью остановлена работа печи, изменен режим, выдано служебное сообщение или звуковые оповещения.

Схемы распределения СВЧ волн

Сначала стоит остановиться на работе блока генерации СВЧ. Строение магнетрона представляет собой излучающий элемент и обмотку, генерирующую магнитное поле. Эта лампа, грубо говоря, постоянно изнашивается. Все сталкивались с ситуацией, когда с ходом эксплуатации микроволновка разогревает все слабее и слабее. Это нормальное явление, каждая модель рано или поздно требует замены магнетрона.

В печах разных производителей (или уровня сложности) может использоваться отличные друг от друга схемы распределения СВЧ волн. В стандартном варианте решения, который применяет компания LG и множество других производителей, от магнетрона в область продуктов идет только один волновод. Он закрыт слюдяной пластиной, чтобы предотвратить попадание мусора и пара.

В некоторых микроволновках компании Samsung используется другой принцип: устанавливается основной волновод и несколько щелевых антенн. Это позволяет равномерно распределять поток энергии, формировать так называемое 3D излучение. Кроме этого, печь, варьируя мощность магнетрона, добивается плавного нагрева продуктов по всему объему.

Но самое главное в генерации волн СВЧ — их параметры. Частота излучения магнетрона в микроволновке составляет 2.45 ГГц — именно это значение является резонансным для молекул воды, заставляя их колебаться с большой амплитудой. Происходит нагрев продукта. Тепло от поверхностных слоев постепенно распространяется по всему объему продукта.

Есть некоторые решения, позволяющие ускорить разогрев пищи в рабочей области печи. Это так называемые диссекторы. По внешнему виду такой конструкционный элемент похож на вентилятор на потолке камеры микроволновки. Однако он делает другую работу, а именно рассеивает СВЧ волны.

Другие функциональные элементы печи имеют вполне понятное назначение. Например, микроволновка с грилем действует на пищу не только СВЧ, но и инфракрасным излучением. Она позволяет добиться на продуктах красивой запеченной корочки. Отдельные модели печей могут оснащаться дополнительными вентиляторами для отвода тепла.

Как работает система защиты

Также стоит подробно осветить функционирование систем безопасности. Они делятся на две значимые группы.

  1. Контроль параметров аппаратной части. Это датчик температуры магнетрона, предохранители, охлаждающие вентиляторы. Они решают задачу блокировки потенциально аварийных ситуаций и поддержания нормированных показателей работы электроники
  2. Защита человека от поражения электротоком и СВЧ излучением.

С системами защиты от электротока сталкивался каждый, кто хоть раз разбирал корпус своей микроволновки. В ключевых точках монтажа размещены микровыключатели. Сняв крышку, печку уже нельзя включить. Этого просто не позволит система защиты.

Но более интересна схема нейтрализации СВЧ волн. Стоит понимать, что излучение даже теоретически не может быть локализовано внутри камеры печи. Волны отражаются, в том числе от продуктов. Поэтому на передней дверке устанавливается стекло с нанесенной на него тонкой металлической решеткой. Это антенный модуль. Он подключен к разряднику, который отдает накопленную энергию бросками в основные электросети прибора.

Электрическая схема СВЧ

На основании изложенного выше нетрудно понять, как микроволновая печь устроена, просто рассматривая ее снаружи, заглядывая в камеру и в тыл. Но если захочется что-то починить, полезно в общих чертах понимать, как узлы взаимодействуют между собой. В этом поможет принципиальная схема микроволновой печи. Ее строение только на первый взгляд кажется сложным. Однако любая схема состоит из базовых блоков. В качестве примера стоит посмотреть на устройство модели с механическим аналоговым управлением.

Из схемы ясно видно, как преобразуется энергия и работают системы безопасности. Одним из самых первых контуров всегда выступает шумоподавитель (NOISE FILTER). Именно он гасит колебания, которые формирует разрядник энергии в дверке, защита человека от высокочастотного излучения.

Затем идет система основной безопасности. Это блок контактов в дверке, один отслеживает прилегание к корпусу, второй положение защелки, третий позицию ручки. При незамкнутом состоянии любого из них печь не будет работать.

Третий функциональный блок — приводы и подсветка. Здесь все просто. На двигатель, который крутит тарелку, на вентилятор и лампу, подается постоянное напряжение. Таймер размыкает цепь при окончании установленного временного интервала.

Последний рабочий контур — повышающий трансформатор, датчик контроля температуры магнетрона, его система защиты от пробоя и плавкий предохранитель. И заканчивается схема всегда одинаково. Главным рабочим органом печи, магнетроном.

В качестве заключения

Несмотря на то, что микроволновка может показаться крайне сложным и даже опасным устройством, ее рекомендуется регулярно обслуживать. Это безопасно и просто. Вскрывать корпус, чтобы удалить пыль с аппаратной части, не стоит. Достаточно держать в чистоте поверхность стенок отсека для продуктов, стекло дверки. Периодически аккуратно снимать и протирать слюдяную пластину, закрывающую волновод. И тогда микроволновка будет сохранять стабильные параметры весь срок, заявленный производителем.

Как работает микроволновая печь

Микромир богат тайнами. Бодро рассуждаем об электронах, не зная в точности, что это такое. Удивителен принцип неопределенности Гейзенберга. Ученые, чем дальше, тем сильней начинают дивиться собственным открытиям. Теория Эйнштейна частью несостоятельна, значит, масса не растет с увеличением скорости, скорость света преодолима. Что недавно доказано экспериментально. Как работает микроволновая печь, если ничего не известно об элементарных частицах кроме непредсказуемости поведения? Попробуем заглянуть в мир удивительных и непонятных явлений.

Принцип действия активной СВЧ печи

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление – поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант – кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

    Из пушки начали обстреливать щель в листе непрозрачного материала, позади поставили чувствительный экран и начали регистрировать интенсивность. Получился отпечаток исходной щели, спроецировавший лучи пушки.

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

  1. С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
  2. Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Воздействие волн на пищу

Как используются колебания высокой частоты в микроволновой печи

Колебания покидают магнетрон и немедленно попадают в волновод. Размеры круглого или прямоугольного сечения выбраны так, чтобы затухания оказались наименьшими. Волна, двигаясь под углом к оси волновода и постоянно отражаясь от верхней и нижней стенок, достигает рабочего отсека. Напряженность поля велика, посторонние предметы внутри приведут к возникновению электрических пробоев в виде молний. Исключая описанное, выход волновода в рабочую камеру прикрывается слюдяной тканью, в обиходе, слюдой.

Указанный диэлектрик прозрачен для волн, свободно проходящих в отсек. Размер рабочей камеры печи выбирается, исходя из частоты магнетрона. Но быстро стало замечено: если оставить неподвижное тело греться, температура на разных участках варьируется в широких пределах. Понятно, что людям не нравится факт: первый кусок горячее второго. Объясняется явление наличием стоячих волн. В узлах амплитуда колебания поля равна нулю, на горбах максимальна. В результате получается нечто вроде интерференционной картины.

Объясним происходящее. Энергия передается молекулам воды: атом кислорода, ближе к одному боку прилепились две частички водорода. Получается нечто вроде головы с двумя шишками на боковинах черепа. Электрический отрицательный момент находится в районе основания. Когда полем захватывается эта результирующая, молекула увлекается силовыми линиями. Напряженность волны постоянно меняется, конструкция начинает проворачиваться, заваливаться вперед. Потом назад. Получается неваляшка.

Скорость колебаний чрезвычайно высока.

Магнетрон генерирует на частоте 2,45 ГГц, происходит 2,45 млрд. движений в секунду. Образуется избыточная кинетическая энергия, быстро передаваемая окружающим молекулам. Почему выбрана частота 2,45 ГГц. Чтобы создавать побольше помех сотовым телефонам и домашней сети WiFi? Нет! Просто у любой системы собственная резонансная частота.

Усиленная многократно, волна приводит в негодность здания.

Аналогично происходит с молекулой воды. Есть частоты, не вызывающие колебаний. Район связных на 2,4 ГГц отлично передает энергию пару. Воду в любом агрегатном состоянии нагревает ударно. На факте и основан принцип действия микроволновой печи. Добавим, что эффект стоячей волны блокируется вращающимся столом. Пища постоянно двигается, различные участки попадают попеременно то в минимумы, то в максимумы волны. Что обеспечит равномерный нагрев.

Как реализуются режимы микроволновой печи

Поговорили о генерации, рассказали, как энергия ведет себя внутри рабочей камеры, раскрыли процесс передачи тепла еде. Рассмотрим, как варьируется интенсивность нагрева. Магнетрон не генерирует колебания постоянно, а возбуждается импульсами высоковольтного напряжения. В результате, регулируя скважность или периодичность, добиваются приемлемых режимов.

Инверторные микроволновые печи идут дальше. Стоящий в рабочем отсеке датчик температуры сообщает системе о состоянии пищи, в результате частота следования импульсов гибко регулируется, режим получается максимально плавным. Принцип действия датчика основан на приеме инфракрасных волн: чем выше частота, тем теплее в помещении. Если говорить еще точнее, принимается одна частота, но измеряется интенсивность. С повышением температуры спектр сдвигается вверх. Общая форма является горкой с единственной вершиной. Сам датчик сечет спектр постоянно на одной частоте. Сначала гора чуть наползает подошвой на эту линию, но по мере продвижения вправо больше и больше покрывает место. В результате фиксируется рост интенсивности. Холодная пища в инфракрасном диапазоне не излучает вообще.

Режим инвертора возможно выключить, в результате правильное использование микроволновой печи гарантирует положительный результат, если обрели опыт обращения с оборудованием. Надеемся, рассказ оказался интересен, несмотря на всеобщую неразбериху в физике. Возможно, читатели разгадают загадку наблюдателя и выложат ответ в комментариях. А мы походатайствуем о присвоении аудитории Нобелевской премии перед ответственным комитетом.

Как работает микроволновка и как правильно с ней обращаться?

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!

  1. Принцип работы микроволновки
  2. Частота работы микроволновки
  3. Как работает гриль в микроволновке?
  4. Инструкция по работе с микроволновой печью
  5. Видео: Как работает микроволновка?

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.

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.

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.

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.

Больше информации о влиянии микроволновой печи на человека вы можете найти тут. 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.

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: https://sovetexpert.ru/kakuyu-kupit-mikrovolnovku.html.

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 тут.

  • 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.

  • 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.

Далее во внимание стоит принять советы, как правильно обращаться с продуктами при разогреве или готовке в микроволновке:

  • 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.