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.
Во второй половине ХХ века в наш обиход вошли печи, нагрев пищи в которых производится невидимыми лучами - микроволнами.
Подобно многим другим открытиям, существенно повлиявшим на повседневную жизнь людей, открытие теплового воздействия микроволн произошло случайно. В 1942 году американский физик Перси Спенсер работал в лаборатории компании «Райтеон» с устройством, излучавшим сверхвысокочастотные волны. Разные источники по-разному описывают события, случившиеся в тот день в лаборатории. По одной версии, Спенсер положил на устройство свой бутерброд, а сняв его через несколько минут, обнаружил, что бутерброд прогрелся до середины. По другой версии, разогрелся и растаял шоколад, который был у Спенсера в кармане, когда он работал возле своей установки, и, осененный счастливой догадкой, изобретатель кинулся в буфет за сырыми кукурузными зернами. Поднесенный к установке попкорн вскоре с треском начал лопаться…
Так или иначе эффект был обнаружен. В 1945 году Спенсер получил патент на использование микроволн для приготовления пищи, а в 1947-м на кухнях госпиталей и военных столовых, где требования к качеству пищи были не столь высоки, появились первые приборы для приготовления пищи с помощью микроволн. Эти изделия фирмы «Райтеон» высотой в человеческий рост весили 340 кг и стоили 3000 долларов за штуку.
Понадобилось полтора десятилетия, чтобы «довести до ума» печь, в которой пища готовится с помощью невидимых волн. В 1962 году японская фирма «Sharp» выпустила в продажу первую серийную микроволновую печь, которая, впрочем, поначалу не вызвала потребительского ажиотажа. Этой же фирмой в 1966 году был разработан вращающийся стол, в 1979-м впервые применена микропроцессорная система управления печью, а в 1999-м разработана первая микроволновая печь с выходом в Интернет.
Сегодня десятки фирм выпускают бытовые микроволновки. Только в США в 2000 году продали 12,6 млн микроволновых печей, не считая комбинированных духовок со встроенным источником микроволн.
Опыт применения миллионов микроволновых печей во многих странах в течение последних десятилетий доказал неоспоримые удобства этого способа приготовления пищи - быстроту, экономичность, простоту пользования. Сам механизм приготовления пищи с помощью микроволн, с которым мы познакомим вас ниже, предопределяет сохранение молекулярной структуры, а значит, и вкусовых качеств продуктов.
Что такое микроволны.
Микроволновое, или сверхвысокочастотное (СВЧ), излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра, которые используются не только в микроволновых печах, но и в радиолокации, радионавигации, системах спутникового телевидения, сотовой телефонии и т.д. Микроволны существуют в природе, их испускает Солнце.
Шкала электромагнитного излучения
Место микроволн на шкале электромагнитного излучения показано на рис. 1.
В бытовых микроволновых печах используются микроволны, частота f которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.
Зная, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света с, равной 300 000 км/с, нетрудно подсчитать, чему равна длина волны L микроволнового излучения данной частоты:
L = c/f = 12,25 см.
Чтобы понять принцип работы микроволновой печи, нужно вспомнить еще один факт из школьного курса физики: волна представляет собой сочетание переменных полей - электрического и магнитного. Продукты, употребляемые нами в пищу, магнитными свойствами не обладают, поэтому о магнитном поле мы можем забыть. А вот изменения электрического поля, которые несет с собой волна, для нас очень кстати...
Как микроволны нагревают пищу?
В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом - отрицательный. К счастью, подобных молекул в пище предостаточно - это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды - самого распространенного в природе вещества.
Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.
Рис. 2. Дипольные молекулы
Дипольные молекулы:
а - в отсутствие электрического поля;
б - в постоянном электрическом поле;
в - в переменном электрическом поле
В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически (рис. 2,а).
В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180о (рис. 2,б).
А теперь вспомним, что частота микроволн 2450 Мгц. Один герц - это одно колебание в секунду, мегагерц - один миллион колебаний в секунду. За один период волны поле меняет свое направление дважды: был "плюс", стал "минус", и снова вернулся исходный «плюс». Значит, поле, в котором находятся наши молекулы, меняет полярность 4 900 000 000 раз в секунду! Под действием микроволнового излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах (рис. 2,в). Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи.
Рис. 3 Разогрев куска мяса
Продукты нагреваются под действием микроволн примерно так же, как нагреваются наши ладони, когда мы быстро трем их друг о друга. Сходство состоит и еще в одном: когда мы трем кожу одной руки о кожу другой, тепло проникает в глубь мышечной ткани. Так и микроволны: они работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см (рис. 3). Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов - прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.
Отсюда сразу следует рекомендация: если нужно приготовить в микроволновке, например, большой кусок мяса, лучше не включать печь на полную мощность, а работать на средней мощности, но зато увеличить время пребывания куска в печи. Тогда тепло из наружного слоя успеет проникнуть в глубь мяса и хорошо пропечет внутреннюю часть куска, а снаружи кусок не подгорит.
Из тех же соображений жидкие продукты, например супы, лучше периодически помешивать, вынимая время от времени кастрюльку из печи. Этим вы поможете проникновению тепла в глубь емкости с супом. Посуда для микроволновки
Разные материалы по-разному ведут себя по отношению к микроволнам, и для СВЧ-печи годится не всякая посуда. Металл отражает микроволновое излучение, поэтому внутренние стенки полости печи делают из металла, чтобы он отражал волны к пище. Соответственно, металлическая посуда для микроволновок не годится.
Исключением является низкая открытая металлическая посуда (например, алюминиевые лотки для продуктов). Такую посуду можно помещать в микроволновую печь, но, во-первых, только вниз, на самое дно, а не на второй по высоте уровень (некоторые микроволновки допускают «двухэтажное» размещение лотков); во-вторых, нужно, чтобы печь работала не на максимальной мощности (лучше увеличить время работы), а края лотка отстояли от стенок камеры не менее, чем на 2 см, чтобы не образовался электрический разряд.
Стекло, фарфор, сухие картон и бумага пропускают микроволны сквозь себя (влажный картон начнет разогреваться и не пропустит микроволны, пока не высохнет). Посуду из стекла можно применять в микроволновке, но только при условии, что она выдержит высокую температуру нагрева. Для СВЧ-печей выпускается посуда из специального стекла (например, Pyrex) с низким коэффициентом теплового расширения, стойкая к нагреву.
Маркировка посуды для микроволновых печей
В последнее время многие производители снабжают посуду маркировкой, указывающей на допустимость применения в микроволновой печи (рис. 4). Прежде чем пользоваться посудой, обратите внимание на ее маркировку.
Учтите, что, например, пластиковые термостойкие контейнеры для пищи прекрасно пропускают микроволны, но и они могут не выдержать высокой температуры, если дополнительно к микроволнам включить еще и гриль.
Продукты питания поглощают микроволны. Так же ведут себя глина и пористая керамика, применять которые в микроволновках не рекомендуется. Посуда из пористых материалов задерживает влагу и нагревается сама вместо того, чтобы пропускать микроволны к продуктам.
В результате продуктам достается меньше микроволновой энергии, а вы рискуете обжечься, вынимая посуду из печи.
Приведем три главных правила на тему: что нельзя помещать в микроволновку.
Вообще в микроволновке не место металлическим предметам с острыми кромками, заостренными концами (например, вилкам): высокая плотность наведенного тока на острых кромках проводника может стать причиной оплавления металла или появления электрического разряда.
Включение пустой микроволновой печи чревато ее серьезным повреждением. Не встречая на своем пути никаких препятствий, микроволны будут многократно отражаться от внутренних стенок полости печи, а сконцентрированная энергия излучения может вывести печь из строя.
Кстати, если вы хотите довести воду в стакане или ином высоком узком сосуде до кипения, не забудьте опустить в него чайную ложечку перед тем, как поставить стакан в печь. Дело в том, что закипание воды под действием микроволн происходит не так, как, например, в чайнике, где тепло подводится к воде только снизу, со стороны дна. Микроволновый нагрев идет со всех сторон, а если стакан узкий - практически по всему объему воды. В чайнике вода при закипании бурлит, поскольку со дна поднимаются пузырьки растворенного в воде воздуха. В микроволновке вода дойдет до температуры кипения, но пузырьков не будет - это называется эффектом задержки кипения. Зато когда вы достанете стакан из печи, всколыхнув его при этом, - вода в стакане запоздало забурлит, и кипяток может ошпарить вам руки.
Если вы не знаете, из какого материала изготовлена посуда, проделайте простой опыт, который позволит вам определить, годится она для этой цели или нет. Понятное дело, речь не идет о металле: опознать его несложно. Поставьте порожнюю посуду в печь рядом со стаканом, наполненным водой (не забудьте про ложечку!). Включите печь и дайте ей поработать в течение одной минуты на максимальной мощности. Если после этого посуда осталась холодной, значит, она изготовлена из прозрачного для микроволн материала и ею можно пользоваться. Если же посуда нагрелась, значит, она изготовлена из поглощающего микроволны материала и вам вряд ли удастся приготовить в ней пищу. Опасны ли микроволны?
С микроволновыми печами связан ряд заблуждений, которые объясняются непониманием характера этого вида электромагнитных волн и механизма микроволнового нагрева. Надеемся, что наш рассказ поможет преодолеть такие предубеждения. Микроволны радиоактивны или делают продукты радиоактивными.
Это неверно: микроволны относятся к категории неионизирующих излучений. Они не оказывают никакого радиоактивного воздействия на вещества, биологические ткани и продукты питания. Микроволны изменяют молекулярную структуру продуктов питания или делают продукты канцерогенными.
Это тоже неверно. Принцип действия микроволн иной, чем у рентгеновских лучей или у ионизирующих излучений, и сделать продукты канцерогенными они не могут. Напротив, поскольку приготовление пищи при помощи микроволн требует очень небольшого количества жиров, готовое блюдо содержит меньше перегоревшего жира с измененной при тепловой обработке молекулярной структурой. Поэтому приготовление пищи с помощью микроволн полезнее для здоровья и не представляет для человека никакой опасности.Микроволновые печи испускают опасное излучение.
Это не соответствует действительности. Хотя непосредственное воздействие микроволн может вызвать тепловое поражение тканей, риск при пользовании исправной микроволновой печью полностью отсутствует. Конструкцией печи предусмотрены жесткие меры для предотвращения выхода излучения наружу: имеются продублированные устройства блокировки источника микроволн при открывании дверцы печи, а сама дверца исключает выход микроволн за пределы полости. Ни корпус, ни любая иная часть печи, ни помещенные в печь продукты питания не накапливают электромагнитное излучение микроволнового диапазона. Как только печь выключается, излучение микроволн прекращается.
Тем, кто опасается даже близко подходить к микроволновой печи, нужно знать, что микроволны очень быстро затухают в атмосфере. Для иллюстрации приведем такой пример: допустимая западными стандартами мощность СВЧ-излучения на расстоянии 5 см от новой, только что купленной печи составляет 5 милливатт на квадратный сантиметр. Уже на расстоянии полуметра от микроволновки излучение становится в 100 раз слабее (см. рис. 5).
Ослабление энергии СВЧ-излучения в атмосфере
Ослабление энергии СВЧ-излучения в атмосфере: на каждой следующей линии по мере удаления от печи мощность излучения в 10 раз меньше, чем на предыдущей
Как следствие столь сильного затухания, вклад микроволн в общий фон окружающего нас электромагнитного излучения не выше, чем, скажем, от телевизора, перед которым мы готовы сидеть часами без всякого опасения, или мобильного телефона, который мы так часто держим у виска. Просто не стоит опираться локтем на работающую микроволновую печь или прислоняться лицом к дверце, пытаясь разглядеть, что происходит в полости. Достаточно отойти от печи на расстояние вытянутой руки, и можно чувствовать себя в полной безопасности. Откуда берутся микроволны
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон.
Чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 КВт). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно, и питается он через специальный высоковольтный трансформатор (рис. 6).
Рис. 6 Устройство микроволновой печи.
Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 700-850 Вт. Этого достаточно, чтобы за несколько минут довести до кипения воду в 200-граммовом стакане. Для охлаждения магнетрона рядом с ним имеется вентилятор, непрерывно обдувающий его воздухом.
Порожденные магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, под "потолком" полости), в других - через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки со временем пропитываются жиром,
становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые. Можно вырезать новую пластинку из листка слюды самому по форме старой, но лучше купить новую пластинку в сервисном центре, который обслуживает технику данной торговой марки, благо стоит она недорого.
Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь то или иное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам пища подогревается грилем.
Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду в полость микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на нее покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Плюс этого материала - прекрасное отражение микроволн. Минус - то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней полости СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.
Объем полости микроволновой печи служит одной из важных потребительских характеристик. Компактные печи с объемом полости 8,5-15 л служат для размораживания или приготовления малых порций пищи. Они идеально подходят для одиноких людей либо для выполнения специальных задач, например для разогрева бутылочки с детским питанием. Печи с полостью объемом 16-19 л годятся для семейной пары. В такую печь можно поместить небольшую курицу. Печи средних габаритов имеют объем полости 20-35 л и подходят для семьи из трех-четырех человек.
Наконец, для большой семьи (пять-шесть человек) нужна СВ-печь с полостью объемом 36-45 л, позволяющая испечь гуся, индейку или большой пирог.
Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит в полости, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин (рис. 7).
Рис. 7 Конструкция дверцы микроволновой печи.
Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в полость печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомним, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см. Ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы вмонтирован уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет порядка четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: как известно, волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, надежно гасящей излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными штырями на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.
Присмотревшись к микроволновым печам, выставленным в торговом зале крупного магазина бытовой техники, вы сможете заметить, что они различаются по направлению открытия дверцы: у одних печей дверца открывается в сторону (обычно влево), а у других откидывается к вам, образуя небольшую полочку. Последний вариант хоть и встречается реже, но дает дополнительное удобство при пользовании печью: горизонтальная плоскость открытой дверцы служит опорой при загрузке посуды в полость печи или при извлечении готового блюда. Нужно только не перегружать дверцу излишним грузом и не опираться на нее. Как «перемешать» микроволны
Микроволны, вошедшие по волноводу в полость печи, хаотично отражаются от стенок и рано или поздно попадают на помещенные в печь продукты. При этом на каждую точку, скажем, куриной тушки, которую мы хотим разморозить либо поджарить, приходят волны с самых разных направлений. Неприятность состоит в том, что уже упомянутая нами интерференция может сработать как в «плюс», так и в «минус»: пришедшие в фазе волны усилят одна другую и прогреют участок, на который они попали, а пришедшие в противофазе - погасят друг друга, и проку от них не будет никакого.
Чтобы волны проникали в продукты равномерно, их надо как бы «перемешать» в полости печи. Самим же продуктам лучше в буквальном смысле повертеться в полости, подставляя под поток излучения разные бока. Так в микроволновых печах появился поворотный стол - блюдо, опирающееся на небольшие ролики и приводимое в движение электромотором (рис. 8,б).
«Перемешивать» микроволны можно разными способами. Наиболее простое и прямолинейное решение - подвесить под «потолком» полости мешалку: вращающуюся крыльчатку с металлическими лопастями, которые отражают микроволны. Такая мешалка называется диссектор (рис. 8,а). Он хорош своей простотой и, как следствие, низкой стоимостью. Но, к сожалению, высокой равномерностью волнового поля СВЧ-печи с механическим отражателем микроволн не отличаются.
Сочетание вращающегося диссектора и поворотного стола для продуктов иногда носит специальное название. Так, в микроволновых печах Mielе это называется системой Duplomatic.
В некоторых микроволновках (например, модели Y82, Y87, ET6 от «Moulinex») сделаны два поворотных стола, расположенных один над другим. Такая система называется DUO и позволяет готовить два блюда одновременно. Каждый стол имеет отдельный привод через гнездо на задней стенке полости печи.
Более тонким, но зато и эффективным способом достижения равномерного волнового поля является тщательная работа над геометрией внутренней полости печи и создание оптимальных условий для отражения волн от ее стенок. Такие «продвинутые» системы распределения микроволн у каждого производителя печей имеют свое «фирменное» название. Расписание работы магнетрона
Любая микроволновая печь позволяет владельцу задать мощность, необходимую для выполнения той или иной функции: от минимальной мощности, достаточной для поддержания пищи подогретой, до полной мощности, которая нужна для приготовления пищи в загруженной продуктами печи.
Особенностью магнетронов, применяемых в большинстве микроволновых печей, является то, что они не могут «гореть вполнакала». Поэтому, чтобы печь работала не на полной, а на уменьшенной мощности, можно лишь периодически выключать магнетрон, прекращая на какое-то время генерацию микроволн.
Когда печь работает на минимальной мощности (пусть это будет 90 Вт, при этом пища в полости печи поддерживается в подогретом состоянии), магнетрон включается на 4 с, затем отключается на 17 с, и эти циклы включения-выключения все время чередуются.
Увеличим мощность, скажем, до 160 Вт, если нам нужно разморозить продукты. Теперь магнетрон включается на 6 с, а отключается на 15 с. Прибавим мощность: при 360 Вт длительность циклов включения и выключения почти сравнялась - это 10 с и 11 с соответственно.
Заметим, что суммарная длительность циклов включения и выключения магнетрона остается постоянной (4 + 17, 6 + 15, 10 + 11) и составляет 21 с.
Наконец, если печь включена на полную мощность (в нашем примере это 1000 Вт), магнетрон работает постоянно, не отключаясь.
В последние годы на отечественном рынке появились модели микроволновых печей, в которых питание магнетрона осуществляется через устройство под названием «инвертор». Производители этих печей («Panasonic», «Siemens») подчеркивают такие преимущества инверторной схемы, как компактность узла излучения микроволн, позволяющего увеличить объем полости при неизменных внешних габаритах печи и более эффективное преобразование потребляемой электроэнергии в энергию микроволн.
Инверторные системы питания широко применяются, например, в кондиционерах воздуха и позволяют плавно менять их мощность. В СВЧ-печах инверторные системы питания дают возможность плавно менять мощность источника излучения, вместо того чтобы отключать его каждые несколько секунд.
Благодаря плавному изменению мощности излучателя микроволн в печах с инвертором температура также меняется плавно, в отличие от традиционных печей, где из-за периодического выключения магнетрона время от времени прекращается подвод излучения. Впрочем, будем справедливы к традиционным печам: эти колебания температуры не столь уж сильны и вряд ли сказываются на качестве приготовленной пищи.
Так же, как в случае кондиционеров, микроволновки с инверторной системой питания стоят дороже, чем с традиционной. Знаете ли вы …
- что в микроволновой печи можно разогревать любое молоко без всякого ущерба для его питательных свойств? Единственное исключение - свежесцеженное грудное молоко: под воздействием микроволн оно утрачивает содержащиеся в нем компоненты, жизненно необходимые младенцу.
- что иногда вращение стола лучше отменить. Это позволит готовить большие по объему блюда (лосось, индейку и т. д.), которым просто не повернуться в полости, не задев ее стенок.
Воспользуйтесь функцией отмена вращения, если она имеется в вашей микроволновке.
Микроволновые печи (СВЧ-печи) уже давно стали самым обыденным бытовым прибором, с помощью которого можно очень быстро разморозить продукты, разогреть уже приготовленную пищу или приготовить блюдо по оригинальному рецепту, и даже продезинфицировать кухонные моющие губки и тряпочки, не содержащие металла.
Наличие удобного, интуитивно понятного интерфейса, а также многоуровневой защиты позволяют даже ребенку справиться с управлением такого сложного и высокотехнологичного устройства, как микроволновка. Некоторые блюда можно легко и быстро приготовить по встроенным программам. А возможные неисправности вполне можно устранить, сделав .
Разогрев продуктов, помещенных в камеру микроволновки, происходит за счет воздействия на них мощного электромагнитного излучения дециметрового диапазона. В бытовых приборах применяют частоту 2450 МГц. Радиоволны такой высокой частоты проникают вглубь продуктов, и воздействую на полярные молекулы (в продуктах в основном это вода), заставляя их постоянно сдвигаться и выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля.
Такое движение повышает температуру продуктов, и нагрев идет не только снаружи, но и до той глубины, на которую проникают радиоволны. В бытовых СВЧ-печах волны проникают вглубь на 2,5—3 см, они разогревают воду, а та, в свою очередь, весь объем продуктов.
Устройство магнетрона — основная составляющая
Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном , представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.
В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения.
К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.
Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.
Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.
Для получения мощности 400 Вт (или 50% от выходной мощности) можно в течение 10-секундного интервала на 5 секунд включить магнетрон, а на 5 секунд выключить. В науке это называется широтно-импульсной модуляцией .
Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.
Термопредохранитель и зачем он нужен
Для защиты магнетрона от перегрева, а также гриля, которым оснащены некоторые модели СВЧ-печей, применяются специальные устройства, называемые термопредохранителем
или термореле
. Они выпускаются на разные номиналы температуры, указанные на их корпусе.
Принцип действия термореле очень прост. Его корпус из алюминия прикрепляется при помощи фланцевого соединения к месту, где необходимо контролировать температуру. Так обеспечивается надежный тепловой контакт. Внутри термопредохранителя находится биметаллическая пластинка, имеющая настройки на определенную температуру.
При превышении температурного порога пластинка изгибается и приводит в действие толкатель, который размыкает пластины контактной группы. Питание СВЧ-печи прерывается. После остывания геометрия биметаллической пластины восстанавливается и происходит замыкание контактов.
Назначение вентиляторов СВЧ-печи
Вентилятор является важнейшим компонентом любой микроволновки, без которого ее работы будет невозможной. Он выполняет ряд важнейших функций:
- Во-первых, вентилятор обдувает главную деталь СВЧ-печи – магнетрон, обеспечивая его нормальную работу.
- Во-вторых, другие компоненты электронной схемы тоже выделяют тепло и требуют вентиляции.
- В-третьих, некоторые микроволновки оборудованы грилем обязательно вентилируемым и защищенным термореле.
- И, наконец, в камере приготовляемые продукты тоже выделяют большое количество тепла и водяного пара. Вентилятор создает в камере небольшое избыточное давление, в результате чего воздух из камеры вместе с нагретым водяным паром выходит наружу через специальные вентиляционные отверстия.
В микроволновке от одного вентилятора, который расположен у задней стенки корпуса и засасывает воздух снаружи, организована система вентиляции при помощи воздуховодов, направляющий воздушный поток на пластины магнетрона, а затем в камеру. Двигатель вентилятора представляет собой простой однофазный переменного тока.
Система защиты и блокировки микроволновой печи
Любая СВЧ-печь имеет внутри мощное радиоизлучающее устройство – магнетрон. СВЧ-излучение такой мощности может нанести непоправимый вред здоровью человека и всех живых существ, поэтому необходимо принять ряд мер по защите.
Микроволновка имеет полностью экранированную металлическую рабочую камеру , которая снаружи дополнительно защищена металлическим корпусом, не позволяющим высокочастотному излучению проникать наружу.
Прозрачное стекло в дверце имеет экран из металлической сетки с мелкой ячейкой, которая не пропускает наружу излучение 2450 Гц, длиной волны 12,2 см, генерируемое магнетроном.
Вопрос экономии энергопотребления всегда был актуальным. одним из видов осветительных приборов, которые в значительной мере помогут снизить расход электричества в быту, являются . Чтобы сделать оптимальный выбор, нужно просто разобраться в преимуществах и недостатка каждого вида таких ламп.
Двойные выключатели в виду своих особенностей получили широкое применение в домашних условиях. Как правильно подключать такие выключатели и что необходимо знать для предотвращения ошибок при этом, можно прочитать в .
Дверца микроволновой машины плотно прилегает к корпусу и очень важно чтобы этот зазор сохранял свои геометрические размеры. Расстояние между металлическим корпусом камеры и специальным пазом дверцы должно быть равно четверти длины волны СВЧ-излучения: 12,2 см/4=3.05 см.
В этом зазоре образуется стоячая электромагнитная волна, которая именно в месте прилегания дверцы к корпусу имеет нулевое амплитудное значение, поэтому волна наружу не распространяется. Вот таким элегантным способом решается вопрос защиты от СВЧ излучения при помощи самих СВЧ-волн. Такой способ защиты в науке называется СВЧ дроссель.
Для предотвращения включения СВЧ-печи с открытой камерой существует система микропереключателей, контролирующих положение дверцы. Обычно таких переключателей не менее трех: один выключает магнетрон, другой включает лампочку подсветки даже при неработающем магнетроне, а третий служит для того, чтобы «информировать» блок управления о положении дверцы.
Микропереключатели расположены и настроены так, что они срабатывают только при закрытой рабочей камере микроволновки.
Микропереключатели на дверце также часто называют конечными выключателями.
Блок управления — мозг прибора
Блок управления есть у любой микроволновой печи и он выполняет две главные функции:
- Поддержание заданной мощности микроволновой печи.
- Отключение печи после истечения заданного времени работы.
На старых моделях электропечей блок управления представляли два электромеханических переключателя, один из которых как раз задавал мощность, а другой промежуток времени. С развитием цифровых технологий стали применяться электронные блоки управления, а сейчас уже и микропроцессорные, которые кроме выполнения двух главных функций могут еще и включать множество нужных и ненужных сервисных.
- Встроенные часы, которые, безусловно, могут быть полезны.
- Индикация уровня мощности.
- Изменение уровня мощности при помощи клавиатуры (кнопочной или сенсорной).
- Приготовление блюд или размораживание продуктов при помощи специальных программ, «зашитых» в память блока управления. При этом учитывается вес, а нужную мощность печь подберет сама.
- Сигнализация окончания программы выбранным звуковым сопровождением.
Кроме этого, у современных моделей есть верхние и нижние грили, функция конвекции, которыми также «руководит» блок управления.
В блоке управления есть свой источник питания, обеспечивающий работу блока и в дежурном, и в рабочем режиме. Важным компонентом является релейный блок, который коммутирует по командам силовые цепи магнетрона и гриля, а также цепи вентилятора, встроенной лампы и конвектора. Блок управления связан шлейфами с клавиатурой и панелью индикации.
Занимательное видео с рассказом о принципе работы СВЧ-печей
Посмотрите как просто объясняется то, благодаря чему работает этот удивительный прибор.
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.
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:
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:
- С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
- 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.
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.
