Forno a microonde: storia, dispositivo e principio di funzionamento, regolazione delle prestazioni, aspetti di sicurezza d'uso
Storia del forno a microonde
Percy Spencer aveva 50 anni quando lavorava come ingegnere presso la società militare-industriale americana Raytheon, impegnata nella produzione di apparecchiature radar.
Era il 1945, poi Percy scoprì per caso un fenomeno che due anni dopo sarebbe stato alla base del primo forno a microonde: durante un altro esperimento con il magnetron, un pezzo di cioccolato nella tasca di Spencer iniziò improvvisamente a sciogliersi senza un motivo apparente.
Magnetron è un dispositivo che emette energia elettromagnetica sotto forma di microonde. Originariamente utilizzato per la tecnologia radar.
Si è scoperto che le radiazioni ad altissima frequenza (microonde) possono riscaldare efficacemente il cibo... Già l'8 ottobre 1945, Percy Spencer ricevette un brevetto per il primo forno a microonde al mondo progettato per lo scongelamento rapido del cibo.
Nel 1947viene realizzato il primo sbrinatore a microonde a marchio Radarange (ora si può dire uscito dalla catena di montaggio). Era un'unità delle dimensioni di un grande frigorifero moderno che pesava 340 kg con una potenza di 3 kW.
Le prime spedizioni di massa di forni a microonde Radarange per scongelare il cibo sono state inviate alle sedie degli ospedali militari e alle sedie dei soldati americani. Dal 1949 è iniziata la produzione in serie di questi forni, quindi chiunque potesse permettersi un simile acquisto ha avuto l'opportunità di acquistare un forno a microonde per lo scongelamento per soli $ 3.000.
L'origine dell'idea di produrre forni a microonde per uso domestico per il riscaldamento degli alimenti risale al 25 ottobre 1955, quando il primo forno a microonde per uso domestico fu presentato dalla società americana «Tappan Company». La produzione in serie di forni a microonde domestici è iniziata nel 1962 dalla società giapponese Sharp, ma la domanda per un prodotto domestico così esotico non era eccezionale.
In URSS, negli anni '80 iniziarono a essere prodotti i forni a microonde «ZIL», «Elektronika» e «Maria MV». Nel 1990, il forno a microonde "Dneprianka-1" con un volume di 32 litri, con una potenza di 1,3 kW a una potenza del microonde di 600 W è stato prodotto sul magnetron M-105-1.
Inizia così la produzione in serie di forni a microonde domestici, che consentono di scongelare rapidamente il cibo, riscaldarlo e persino cuocerlo. La condizione principale è che il prodotto inserito nel forno a microonde contenga acqua.
Il principio di funzionamento e il dispositivo del forno a microonde
La conclusione è che la radiazione elettromagnetica nell'intervallo decimetrico porta all'accelerazione del movimento delle molecole dielettriche polari (acqua) che hanno un certo momento di dipolo.
Man mano che le molecole vengono accelerate, la loro interazione avviene sotto l'influenza della radiazione a microonde, ovvero la sostanza assorbe la radiazione elettromagnetica, mentre la temperatura di questa sostanza aumenta.
L'assorbimento dielettrico ottimale della radiazione elettromagnetica da parte dell'acqua avviene alla frequenza di 2,45 GHz, che è appunto la frequenza alla quale operano i magnetron dei moderni forni a microonde.
Rispetto ai forni convenzionali, in un forno a microonde, il cibo viene riscaldato non solo in superficie, ma anche nel volume del prodotto, poiché l'onda elettromagnetica penetra nel corpo riscaldato a una profondità compresa tra 1,5 e 2,5 cm, che accelera il riscaldamento, dà in media un aumento della temperatura del cibo pari a 0,4°C al secondo.
Per ottenere la radiazione a microonde con una certa lunghezza d'onda, in un forno a microonde viene utilizzato un magnetron con parametri di progettazione appositamente calcolati.La radiazione generata dal magnetron viene trasmessa attraverso una guida d'onda e concentrata in una camera in cui è posizionata una piastra riscaldata.
La camera è chiusa con una porta metallica che impedisce la propagazione delle onde a microonde oltre i suoi confini. Il magnetron è alimentato tradizionalmente dall'avvolgimento secondario di un trasformatore ad alta tensione (MOT) con una tensione di uscita di 2000 volt, che viene aumentata da un circuito di raddoppio (costituito da un condensatore e un diodo). Il riscaldamento del catodo del magnetron è fornito da uno speciale avvolgimento secondario con una tensione di 4 volt dallo stesso trasformatore.
Il metodo classico di regolazione automatica delle caratteristiche termiche di un forno a microonde è lo stesso utilizzato nei ferri da stiro e nelle stufe domestiche: il magnetron viene periodicamente acceso e spento in modo che la potenza termica media erogata alla camera sotto forma di onde elettromagnetiche sia uguale a quello impostato dall'utente.
Aspetti di sicurezza dei forni a microonde
Secondo dati scientifici, l'effetto diretto delle onde a microonde sul corpo umano genera un notevole effetto termico e, in caso di esposizione prolungata (o potente), può portare a surriscaldamento locale e provocare gravi ustioni.
Quindi, a una densità di potenza delle microonde di circa 35 mW / cm 2, si avverte il riscaldamento. L'esposizione prolungata a densità di potenza superiori a 100 mW/cm2 provoca cataratta e può portare a infertilità temporanea.
Un livello di densità di microonde di 10 mW/cm2 è considerato sicuro. Applicato direttamente ai forni a microonde, secondo lo standard europeo, ad una distanza di 5 cm dal forno a microonde, il livello massimo di densità di potenza non deve superare 1 mW/cm quadrato, e ad una distanza di 50 cm dal forno, deve non essere superiore a 0,01 mW/cmq. cm Sono proprio questi standard che soddisfano i moderni forni a microonde durante la loro produzione.
A proposito, la porta aperta del forno ne blocca sempre l'attivazione, ovvero il forno a microonde non dovrebbe mai funzionare con la porta aperta.
Passiamo ora all'effetto delle onde a microonde su sostanze elettricamente conduttive (soprattutto metalli). L'onda, ovviamente, non penetra negli oggetti metallici, ma è in grado di indurre correnti indotte nel metallo, incluso correnti parassite, che a loro volta riscaldano fortemente il metallo.
Per questo motivo non sarà possibile riscaldare efficacemente gli alimenti in un contenitore metallico utilizzando un forno a microonde. Cosa possiamo dire dei piatti con motivi e bordi in metallo che vengono facilmente distrutti dalle onde a microonde (da correnti parassite indotte) che semplicemente rovinano i piatti.