Что делает сыр таким эффективным в поглощении микроволн?

Это потому, что сыр имеет хорошее сочетание воды и жира. Вода важна, поскольку микроволны передают ей энергию, заставляя молекулы воды вибрировать. С другой стороны, масла, как правило, имеют более низкую удельную теплоемкость (по сравнению с водой). Это означает, что при одинаковом количестве тепла изменение температуры жира больше, чем воды. Из этой таблицы видно , что обычно жирная пища имеет большую удельную теплоемкость. Кроме того, масла имеют более высокую температуру кипения, поэтому температура сыра может достигать температуры выше$100\ \mathrm{^\circ C}$.

Редактировать

И растительные, и животные масла состоят из неполярных молекул . Это означает, что масла не могут быть эффективно нагреты диэлектрическим нагревом (микроволновое поглощение). Если рассматривать предельный случай, когда масло вообще не поглощает микроволны, то любая комбинация воды и масла (смесь) превосходит чистое масло по скорости нагрева под воздействием микроволн. Смесь в этом случае нагревается, потому что вода поглощает микроволны и отдает тепло маслу за счет теплопроводности. С другой стороны, чтобы сравнить характеристики смеси и чистой воды, необходимо учитывать удельную теплоемкость обоих веществ. Если удельная теплоемкость смеси значительно меньше удельной теплоемкости воды, то первая будет превосходить вторую при нагревании под воздействием микроволн.

Можно ли разогреть масло в микроволновке? Молекула нефти, вообще говоря, может иметь ненулевой дипольный момент, но он настолько мал, что коэффициент диэлектрических потерь масла составляет примерно одну сотую от коэффициента диэлектрических потерь воды. Напомним, что коэффициент диэлектрических потерь грубо выражает степень преобразования приложенного извне электрического поля в тепло. Она в общем случае зависит от частоты излучения и для воды максимальна при$2.45\, \mathrm{GHz}$, частота большинства микроволновых печей. С помощью простого домашнего эксперимента можно легко проверить, что проводимость играет главную роль. Попробуйте получить несколько контейнеров, которые по-разному реагируют на микроволны, то есть проверьте, как нагреваются пустые контейнеры. Затем отделите тот, который не нагревается, и тот, который нагревается. Залейте их одинаковым количеством масла и поставьте в микроволновую печь на такое же количество времени. Масло в контейнере, взаимодействующем с микроволновой печью, будет намного теплее. Объяснение состоит в том, что масло в основном нагревалось за счет теплопроводности. Обратите внимание, что в однородной смеси масла и воды (например, в сыре) эта проводимость оптимизирована.

Твердая структура сыра помогает предотвратить потерю пара

Вода хорошо поглощает микроволны, в первую очередь на границах, так как вода на границах поглощает большую часть микроволн до того, как они проникают глубже в водоем. Если вы нагреваете только воду, ее границы получают большую часть тепла; затем пар может выйти, что приведет к потере большей части поглощенного тепла. Это приводит к мощному охлаждающему эффекту, называемому испарительным охлаждением .

Испарительное охлаждение является важным эффектом в микроволнах. Например, если вы получаете обед, приготовленный в микроволновой печи, он часто предлагает вам вырезать щель в обертке, фактически не удаляя содержимое. Прорезь позволяет пару немного выходить, поэтому давление не приводит к взрыву пакета, но при этом удерживает больше пара, помогая сохранять тепло. Это уменьшает испарительное охлаждение.

Твердая структура сыра должна иметь аналогичный эффект. Это означает, что вода не может просто уйти в виде пара, поэтому тепло, которое она захватывает, не так легко теряется.

Не совсем о жирах и воде, работающих вместе

Ответ, за который в настоящее время проголосовали, утверждает, что сыр и жиры работают вместе, используя разные уровни поглощения микроволн и теплоемкости, чтобы нагреваться быстрее, чем каждый из них по отдельности.

К сожалению, это не может быть правдой, потому что это полностью механизм первого порядка. Жиры и вода будут нагреваться с некоторой скоростью, пропорциональной поглощению микроволн, деленному на их теплоемкость, т.е.

$$\frac{\text{d}T}{\text{d}t}{\propto}{\frac{\left[\text{absorption ability}\right]}{\left[\text{heat capacity}\right]}}$$ Если вы объедините их без эффекта второго порядка, то их комбинированная поглощающая способность и теплоемкость будут средневзвешенными чистыми значениями для каждого из них, т.е. $${\left.\frac{\text{d}T}{\text{d}t}\right|}_{\text{cheese}}{\propto}{\frac{{x}_{\text{water}}{\left[\text{absorption ability}\right]}_{\text{water}}+{\left(1-{x}_{\text{water}}\right)}{\left[\text{absorption ability}\right]}_{\text{fat}}}{{{x}_{\text{water}}\left[\text{heat capacity}\right]}_{\text{water}}+{\left(1-{x}_{\text{water}}\right)}{\left[\text{heat capacity}\right]}_{\text{fat}}}}$$ Затем предположим, что абсорбционная способность и теплоемкость постоянны как для жира, так и для воды (что на самом деле не так, но разумное упрощение). Тогда, независимо от фактических значений поглотительной способности и теплоемкости, не существует комбинации, которая могла бы превзойти оба чистых вещества. Если оба чистых вещества нагреваются одинаково быстро, то и их комбинация должна делать то же самое. Но если один нагревается быстрее, то чем больше его в комбинации, тем быстрее будет нагреваться комбинация. То есть, если мы оптимизируем${x}_{\text{water}}$, мы обязательно найдем либо${x}_{\text{water}}=0$(чистый жир) или${x}_{\text{water}}=1$(чистая вода) как оптимальное решение.

Когда комбинация работает так, должен работать эффект более высокого порядка. В этом случае я подозреваю, что наиболее важным эффектом более высокого порядка является то, что сыр улавливает пар, так что молекулы воды, которые улавливают больше всего тепла, не просто улетают.

Не совсем о точках кипения

Некоторые указывали, что вода закипает при${100}^{\circ}\text{C}$, поэтому жиры могут помочь, будучи более горячими. Как отметил @JirkaHanika , это не очень важно, потому что вода не беспокоится об этом, пока она не достигнет точки кипения.${100}^{\circ}\text{C}$.

Если вы разогреваете пиццу в микроволновой печи, чтобы она была такой горячей, значит, вы сушите ее. В этом видео на YouTube показано, как парень ставит чашку воды в микроволновую печь со своей пиццей, чтобы корочка оставалась хрустящей:

• Наконечник для разогрева пиццы в микроволновой печи. Как получить хрустящую корочку на оставшейся пицце за 30 секунд от Chawla's Kitchen , Chawla's Kitchen на YouTube.

Я думаю, что ключевым моментом в первом ответе является то , что масла имеют более высокую температуру кипения, поэтому температура сыра может достигать температуры выше 100 ∘C.

Если вы нагреете воду, когда она достигнет 100°C, она начнет кипеть, и вся микроволновая энергия, выделяемая после этого, будет преобразовывать воду в пар, который быстро улетучивается.

В сыре вода эмульгируется с жиром. (Я не знаю, это маленькие капли воды, заключенные в жир, или наоборот. Я бы предположил первое, так как это более 50% жира). В любом случае, я думаю, что вода может несколько перегреться, не превращаясь в пар, в этой среде, где очень большая поверхность воды контактирует с жирами, которые можно нагреть выше 100°С без кипения. Другими словами, смесь с жиром может подавлять образование и рост паровых пузырей.

Кроме того, вода в сыре получена из молока, что означает, что он будет содержать очень значительное количество водорастворимых молочных белков. Эти молекулы с длинной цепью могут также служить для стабилизации воды при температуре выше 100°C (особенно если они имеют гидрофильные части и гидрофобные части, которые имеют тенденцию связываться между водой и жиром там, где они соприкасаются). Они могут даже допустить, чтобы давление в каплях воды несколько превышало атмосферное давление окружающей среды.

Очевидным экспериментом является измерение температуры сыра, только что нагретого в микроволновой печи или даже во время нагревания. В первом случае растопите его в хорошо изолирующей емкости (я бы предложил небольшой образец сыра в отверстии в пенополистирольном блоке и одновременно большую кружку воды в духовке, чтобы большая часть микроволновой энергии куда-то ушла). еще идти). Для последнего вам понадобится полностью неметаллический термометр, который незначительно поглощает микроволны и показывает температуру выше 100°C, что само по себе может быть интересным исследованием. Я предполагаю, что сыр достигнет температуры на несколько градусов выше 100°C.