Почему мы используем микроволны в микроволновой печи?

Мы знаем, что любой объект выше абсолютного нуля излучает электромагнитное излучение. Чем горячее объект, тем короче длина волны. В спектре электромагнитного излучения наибольшую длину волны имеют радиоволны, затем микроволны, затем инфракрасное излучение, затем видимый свет, затем ультрафиолетовое излучение, затем рентгеновские лучи и гамма-лучи. Почему мы используем микроволны в микроволновой печи, когда инфракрасный и видимый свет гораздо более энергичны, и как микроволны готовят пищу, когда они менее энергичны, чем видимый свет и другие?

Связанный: Почему микроволновые печи используют излучение с такой большой длиной волны? , хотя это и не дубликат, поскольку в нем конкретно не рассматривается вопрос, почему мы не используем видимый свет или ИК-излучение.
Инфракрасная печь более известна как... печь. Знаешь, с ручкой регулировки температуры? Теплопередача от нагревательного элемента к пище осуществляется в основном за счет излучения на инфракрасных частотах (если только он специально не предназначен для использования конвекции).

Ответы (4)

В микроволновых печах важно, сколько энергии несет излучение и как эта энергия поглощается пищей. Видимый свет и инфракрасное излучение быстро поглощаются большинством пищевых продуктов, поэтому они будут нагревать только внешний слой пищи. Вы получите еду с обугленной снаружи и сырой внутри.

Микроволны гораздо менее сильно поглощаются пищевыми продуктами, поэтому они проникают глубоко в пищу и могут нагревать внутреннюю часть. Даже такие большие объекты не будут нагреваться повсюду, и это одна из причин, по которой в инструкциях по приготовлению пищи в микроволновой печи часто рекомендуется многоэтапный процесс нагрева, когда пища стоит, а затем нагревается в последний раз.

Микроволновые печи часто включают ИК-нагрев, а также микроволновый нагрев. Это делается для того, чтобы вы получали пищу с подрумяненной поверхностью и подогретой на всем протяжении.

Ответы на вопрос Почему в микроволновых печах используется излучение с такой большой длиной волны? дайте хорошее обсуждение того, почему была выбрана точная длина волны. Частоты, обычно используемые в микроволновых печах, составляют 2,45 ГГц (12 см) для бытовых печей и 915 МГц (38 см) для промышленных печей. Гораздо более высокие частоты не используются из-за стоимости магнетрона, в то время как гораздо более низкие частоты не будут работать, потому что длины волн будут слишком большими, чтобы половина длины волны поместилась в духовке.

Наконец, вы говорите:

Почему мы используем микроволны в микроволновой печи, когда инфракрасный и видимый свет намного горячее, и как микроволны готовят пищу, когда они холоднее, чем видимый свет и другие.

Но это небольшое недоразумение. Длина волны излучаемого света действительно связана с температурой источника, но сам свет на самом деле не имеет температуры в том смысле, в каком имеет материя. Свет переносит энергию, и если эта энергия поглощается, он нагревает пищу. Однако количество нагрева связано только с интенсивностью ЭМ-излучения и сечением поглощения. Длина волны имеет значение только постольку, поскольку она влияет на сечение поглощения.

если это принцип микроволн при приготовлении пищи, то почему мы не можем вместо этого использовать радиоволны, они проникают глубже внутрь больших продуктов?
@Bhavesh: Что помешало вам провести фундаментальное исследование? Википедия говорит: «Микроволновые частоты, используемые в микроволновых печах, выбираются на основе нормативных и стоимостных ограничений» и «[более высокие частоты] не используются для приготовления пищи в микроволновой печи из-за очень высокой стоимости производства энергии на этих частотах», и это было [ . .]
[..] цитируется в вопросе и ответе, на который вас связал Джон, а также: «Частота 2,45 ГГц выбрана, потому что она попадает в одну из полос, не зарезервированных для целей связи. Согласно Википедии, следующая доступная полоса будет на 5,8. ГГц. Мощный магнетрон, работающий на этой частоте, возможен, но слишком дорог для бытового прибора». Кажется, вы не удосужились прочитать. :(
@LightnessRacesinOrbit: я думаю, что ваша критика немного несправедлива. Радиоволны действительно используются для нагрева в индукционных печах. Ну нагрев магнитный не электрический, но используются частоты до 400кГц и это в радиодиапазоне. Индукционные печи чрезвычайно эффективны при разогреве пищи, но они, как правило, создают много электрических помех.
@JohnRennie: Вы не согласны с тем, что ОП постоянно не показывает никаких исследований?
@Bhavesh: в основном, в магнетроне легко производить высокоэнергетические микроволны. Магнетрон и печь рассчитаны на целое число длин волн по размеру, поэтому печь содержит стоячую волну. Радиоволны, как правило, слишком велики для этого - длина волны FM составляет несколько метров - поэтому было бы трудно сделать радиопечь достаточно мощной и эффективной, чтобы быть полезной. Хотя было бы лучше для равномерного нагрева.
@LightnessRacesinOrbit: то, что кажется очевидным для нас, богоподобных ботаников, не обязательно очевидно для нормальных людей.
@JohnRennie: я никогда не говорил, что это очевидно. Я сказал, что ОП не может провести какое-либо исследование или прочитать представленный ему материал.
Я думаю, что хорошо ошибаться в сторону того, чтобы быть хорошим
@JohnRennie большое спасибо. Мне не удалось провести хорошее исследование, потому что я считаю, что physics.stackexchange.com — лучшее место, где можно задавать вопросы, и я получаю очень быстрые ответы.
Этот ответ содержит ошибку. Основываясь на спектре поглощения воды, микроволны поглощаются ЛУЧШЕ, чем инфракрасный или видимый свет. Таким образом, более высокие частоты не только дороже в производстве, но и менее эффективны.
@jiggunjer: Основываясь на спектре поглощения воды, микроволны поглощаются ЛУЧШЕ, чем инфракрасный или видимый свет. Не правда. Куриная грудка на 100% непрозрачна для видимого света, но частично прозрачна для микроволн.
@BenCrowell Куриная грудка на 100% непрозрачна для видимого света, но частично прозрачна для микроволн. Два утверждения без доказательств. Вы можете легко погуглить коэффициент поглощения воды в зависимости от длины волны.

Более короткие волны имеют тенденцию поглощать и нагревать внешний слой объекта. Микроволновая печь использует большую длину волны для проникновения внутрь, а также использует свойство дипольного момента молекулы воды для нагревания предметов, она не нагревает напрямую, позволяя объекту поглощать энергию.

Если бы мы использовали только короткие волны, то пища могла бы сгореть только снаружи и остаться сырой внутри.

Так вы говорите, что рентгеновские лучи вообще не проникают глубоко в пищу? Вау... Тогда почему рентгеновские лучи так легко проходят сквозь наши тела?
@thermoмагнитныйконденсатныйбозон Это совершенно противоположное. Именно потому, что ваша кожа и кости будут поглощать рентгеновские лучи, мы можем использовать рентгеновские лучи для визуализации ваших внутренних органов. И это также причина, по которой требуется так много энергии и защиты только для того, чтобы вспыхнуть импульс XRay. Запустить рентгеновскую волну так сильно, чтобы она прошла сквозь вас, — это очень высокая энергия. Большая часть этого была поглощена вашим телом

Для приготовления пищи используется как видимый, так и инфракрасный свет. Видимый свет используется в солнечных печах (в основном зеркала концентрируют солнечный свет на продукте). ИК-свет используется в обычной печи (стенки печи нагреваются, что заставляет их излучать значительное количество тепла в виде ИК-излучения); грили используют тот же подход, только с более высокими температурами. Если вы когда-либо запекали/жарили что-то, завернутое в фольгу, смысл этого в том, чтобы исключить ИК-излучение (и вместо этого полагаться на нагрев воздуха).

Так что первая часть ответа на ваш вопрос достаточно проста - если бы микроволновые печи использовали видимый или инфракрасный свет, мы бы не называли их микроволновыми печами, а просто печами.

Но микроволновые печи не продавались под предлогом «это намного круче, потому что в них используются микроволны !». Преимущество микроволновых печей в том, что они нагревают пищу с меньшим энергопотреблением. Это требует двух вещей; во-первых, это эффективность преобразования: сколько электроэнергии требуется для производства излучения. Однако в этом отношении трудно превзойти простую духовку (газовую или электрическую) - ее эффективность близка к 100%, поскольку на самом деле причиной нагрева является отработанное тепло. Микроволновые печи построены так, чтобы использовать источники излучения, которые являются максимально эффективными (и при этом не мешают другим электрическим устройствам), но они все же менее эффективны, чем кусок резистивного провода или обычная лампочка.

Итак, если микроволновые печи не более эффективны в преобразовании энергии, почему они намного быстрее разогревают пищу? Их преимущество (помимо таких вещей, как небольшой размер и вес) заключалось в том, что они нагревают пищу, а не контейнер, духовку и воздух, и... Это звучит не так уж важно, но на самом деле это очень важно. большое дело. Для нагрева печи требуется много энергии; не имеет большого значения, если вы готовите что-то восемь часов или готовите много блюд (например, печь для пиццы в ресторане), но если вы просто хотите быстро разогреть еду, большая часть энергии тратится впустую. Плиты должны нагревать сковороду, и, конечно, даже когда вы просто разогреваете еду, вам часто нужно нагреть совсем немного лишней воды (и испарить большую ее часть, чтобы еда не была сырой).

Подходит ли микроволновка для этой задачи? Вроде. Они плохо впитываются кухонной утварью и даже не сильно рассеиваются (по сравнению, например, с видимым светом, отражающимся от белой тарелки). В то же время они очень хорошо усваиваются как водой, так и жирами, а большая часть наших продуктов полна воды. Так что вам определенно нужно очень длинноволновое излучение. Сколько? Это зависит от других ограничений. Слишком длинные волны означают, что духовка становится слишком большой, а одно из больших преимуществ микроволновых печей заключается в том, что они очень маленькие приборы. Многие диапазоны частот длинноволнового излучения уже используются для связи - радио, Wi-Fi, сотовые телефоны... так что вы не хотите вмешиваться в это. Вам также необходимо избегать индуцирования тока в проводах за пределами микроволновой печи. Короткие волны гораздо сложнее воспроизвести с помощью оборудования — радио более энергоэффективно, чем микроволновая печь, а видимый свет еще хуже. Настоящий инженер, который имеет дело с микроволновыми печами, вероятно, мог бы сказать вам сотню ограничений навскидку :)

Микроволны очень эффективно поглощаются молекулами воды в пище. Молекулы воды представляют собой небольшие электрические диполи, которые колеблются на микроволновых частотах (ГГц) в жидком состоянии. Микроволны резонируют с этим покачивающим движением. Молекулы воды находятся повсюду в нашей еде и напитках, поэтому остальные компоненты пищи нагреваются за счет теплопроводности. Во льду молекулы колеблются на частоте кГц, поэтому размораживание в микроволновой печи действительно не работает.

Почему мы используем микроволны в микроволновой печи?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v