Почему в микроволновой печи маленькие порции нагреваются быстрее?

Извините за краткость, но каково точное физическое объяснение того, почему меньшие количества, помещенные в микроволновую печь, нагреваются быстрее, чем когда вы помещаете внутрь большее количество аналогичного материала?

Ответы (7)

Магнетрон инжектирует микроволновое излучение с определенной скоростью. Игнорируя потери, это излучение отражается от стен, пока не поглощается едой. Если вы положите туда два буррито вместо одного, в среднем будет меньше отскоков до поглощения. Это означает, что с двумя буррито средняя интенсивность излучения, падающего на какую-либо точку, меньше — некоторые из фотонов, если вы хотите думать об этом таким образом, которые попали бы в точку, отсутствуют, потому что они уже был поглощен.

Это сильно отличается от обычной духовки — пока мощности достаточно для поддержания температуры воздуха на желаемом уровне, не имеет большого значения, сколько буррито вы туда положите, главное, чтобы между ними было воздушное пространство. Они нагреваются за счет проводимости воздуха, на который не влияют соседи, и излучения черного тела из окружающей среды, на которое влияют лишь немного.

Таким образом, разница между обычной духовкой и микроволновой печью заключается в том, что обычная духовка пытается поддерживать постоянную температуру воздуха, регулируя мощность, а микроволновая печь поддерживает постоянную мощность?
Кроме того, в обычной духовке большая часть энергии уходит на нагрев самой конструкции духовки, поэтому количество продуктов не имеет большого значения. Микроволны нагревают пищу гораздо более непосредственно и не тратят столько энергии на нагрев чего-либо еще, поэтому чем больше еды, тем больше энергии требуется.
@bdsl Другой способ взглянуть на это состоит в том, что воздушная масса и стенки обычной духовки действуют как резервуар тепла. Таким образом, когда вы кладете пищу в обычную духовку, в нее поступает гораздо больше энергии, чем когда вы кладете ее в микроволновую печь. Это немного похоже на разницу между обычным водяным пистолетом и герметичным Super Soaker.
@eps, конечно, когда вы полагаетесь на распространение тепла внутри пищи, середина более короткого куска будет нагреваться дольше. Вот почему я решил добавить в качестве примера больше буррито того же размера, а не буррито большего размера.
вы правы, я неправильно истолковал то, что вы сказали, мой плохой! +1 :)
Теперь я представляю обычную духовку с 60 буррито, и мне хочется есть. Спасибо, @Ben51. :)
@alkedr Дело в том, что микроволновая печь настолько эффективнее разогревает пищу, что разница значительна даже для относительно небольшого количества еды. Вы по-прежнему получаете тот же эффект в обычной духовке, просто это не кажется странным, потому что вы привыкли выпекать часами , а не секундами или минутами. Микроволновая печь будет иметь сравнимую или даже меньшую номинальную мощность, чем духовка с горячим воздухом, но при этом готовит пищу намного быстрее. Если вы начнете с холодной духовки и разогреете одно блюдо, в духовке с горячим воздухом потребуется больше энергии, чем в микроволновой печи — чем больше блюдо, тем меньше разница.

Позволять п быть силой (в Вт а т т ) микроволновая печь доставляет, то простая модель нагрева может быть сформулирована следующим образом.

Тепловая энергия д необходимо для нагревания объекта:

д "=" ε м с п Δ Т

где ε является коэффициентом полезного действия (для пищевых продуктов с высоким содержанием влаги/воды ε ≈ 0,9 − 1 ). м масса объекта, с п его удельная теплоемкость и Δ Т его повышение температуры при нагревании.

Потому что:

п "=" г Вопрос г т

Тогда с минимальными вычислениями можно показать, что время нагревания Δ т дан кем-то:

Δ т "=" ε м с п Δ Т п

Так что при прочих равных (тот же состав, тот же Δ Т ), объекты меньшей массы м требуют меньшего времени нагрева.

@EricDuminil Вы не можете различить тепловую энергию? Кто знал? :-) Я действительно не понимаю ваших рассуждений: если г д не было разрешено было бы невозможно определить п !
@EricDuminil Я думаю, мы говорим о разных аспектах термодинамики. Мой близок к закону охлаждения/нагрева Ньютона: en.wikipedia.org/wiki/… , где Вопрос это скорость теплопередачи.
@EricDuminil См. также уравнение теплопроводности Фурье, в котором также используются коэффициенты теплопроводности.
@EricDuminil Бесчисленные проблемы теплопередачи / теплопроводности были решены на этом сайте с использованием концепции, которую вы называете неправильной. Как бы вы решили проблему времени охлаждения, например, с помощью закона охлаждения Ньютона, без Вопрос ˙ "=" г Вопрос г т ?
@EricDuminil Очень интересно [кашель!] Нет, я не утверждаю, что вы неправы, просто буквально бесчисленное количество проблем с теплопередачей было решено здесь и в основном в других местах с использованием вероломных г Вопрос обозначение. Хорошего дня сейчас!
@EricDuminil Вам нужно прочитать это, я считаю: physics.stackexchange.com/questions/614361/…
Теперь вам просто нужно решить, будете ли вы писать д или Вопрос ;)
@EricDuminil Как вы также заметили, это всего лишь соглашение. ;-)
Тем не менее, он должен быть последовательным внутри одного ответа, не так ли?

Микроволны не заполняют микроволновую камеру равномерно. Они образуют «паттерн стоячей волны» с областями высокой и низкой интенсивности. Когда что-то помещается в шкаф, это искажает картину стоячей волны, поэтому картина горячих и менее горячих частей может измениться. Причина, по которой в большинстве микроволновых печей есть вращающийся поворотный стол, заключается в попытке «размыть» экспозицию различных частей готовящегося блюда, чтобы нагрев был более равномерным.

Это хороший ответ, но, похоже, он отвечает на другой вопрос, чем заданный! Как это объясняет, что это занимает около 10 × дольше нагревать литр воды, чем 100 мл (до той же температуры)?
Я думаю, что ОП должен был использовать множественное число от «части» до «части».
@gert, в моей микроволновой печи предметы, расположенные очень близко к дну шкафа, нагреваются очень медленно. Поднимите их на дюйм, и они нагреваются намного лучше. Точно так же картофель необходимо перевернуть в середине приготовления, иначе низ не приготовится. Я не пробовал нагревать литр воды, затем 100 мл, но, возможно, 100 мл по вашему опыту просто ближе к дну шкафа.
FWIW, есть некоторые микроволновые печи, которые не используют или действительно требуют поворотного стола для равномерного нагрева; Я думаю, что они, вероятно, работают, вводя случайность в форму микроволнового сигнала.
Два или более микроволновых источника со случайным образом меняющейся относительной фазой вполне справятся с однородным нагревом.

Я предполагаю, что вы сравниваете микроволновую печь с обычной духовкой.

Короче говоря, причина в том, что микроволновая энергия проникает в пищу глубже, чем в обычной духовке. В результате небольшая часть будет нагреваться в микроволновой печи быстрее, чем в обычной печи, где поглощаемая электромагнитная энергия в основном является инфракрасной.

С другой стороны, хотя температура небольшой части более однородна для микроволновой печи, температура на поверхности маленькой части выше для инфракрасного излучения. Это связано с тем, что большая часть ИК-излучения поглощается внешними слоями детали.

Надеюсь это поможет.

Допустим, у вас есть стакан воды. Должно быть довольно очевидно, что количество энергии, необходимой для нагревания этой воды, положительно коррелирует с количеством воды. В противном случае вы бы утверждали, что нагреть кастрюлю с водой на один градус так же легко, как нагреть на один градус океан.

Так как же духовка или микроволновка нагревают что-то? Он применяет энергию в течение некоторого времени. Но выходная мощность микроволн (работающая на максимуме) фиксирована, поэтому единственная другая переменная, которая может влиять на повышение температуры объекта внутри, — это время.

Примечание: см. ответ @Gert для математики.

Энергия, направляемая в камеру микроволновой печи, почти полностью откладывается во влаге, содержащейся в камере.

Стенки камеры либо металлические, либо имеют слишком маленькие отверстия для выхода микроволнового излучения. Магнетрон и другие компоненты могут поглощать СВЧ-излучение, но при нетривиальном количестве влаги в варочной камере он получает почти всю ее .

Пища содержит большую часть влаги, поэтому большая часть энергии, закачиваемой в микроволновую камеру для приготовления пищи, уходит на пищу. Чем больше пищи, тем меньше энергии откладывается на единицу пищи.

Микроволны достаточно глубоко проникают в пищу, нагревая не только поверхность, но и часть внутренней части.

Для сравнения, обычная электрическая духовка нагревает элементы как радиаторы черного тела. Большая часть этой энергии находится в форме инфракрасного света, который достаточно хорошо осаждается на пище, стенках духовки и даже в воздухе в духовке.

Теплопередача еде происходит за счет физического взаимодействия воздух-пища, физического взаимодействия пищевого лотка и инфракрасного света, излучаемого нагревательными элементами и стенками камеры.

Он не проникает глубоко в пищу, в отличие от микроволнового излучения. Внутренняя часть пищи в основном нагревается за счет проводимости от нагретой поверхности, а не непосредственно от инфракрасных фотонов.

Это означает, что если вы попытаетесь быстро разогреть пищу в духовке, поверхность сгорит, а внутри останется относительно холодной. Вы можете увидеть этот эффект, когда поджариваете хлеб на гриле; верхняя часть (рядом с жаровней) может обгореть, а нижняя часть куска хлеба останется прохладной.

Таким образом, вы нагреваете духовку до температуры, при которой поверхность пищи не подгорает до того, как она будет приготовлена ​​или нагрета внутри.

Здесь происходят две вещи.

Во-первых, во многих задачах приготовления пищи большая часть тепловой энергии излучается из духовки за пределы духовки, а не в пищу. Энергия тратится на поддержание тепла в камере для приготовления пищи, а не непосредственно на передачу энергии пище.

Во-вторых, ваше ограничение скорости приготовления связано с передачей тепла от поверхности пищи внутрь. Если ваша духовка не переполнена, это не ограничивается добавлением большего количества продуктов.

Теперь добавление большего количества продуктов может замедлить процесс приготовления в духовке.

Если взять маленькую индейку и приготовить ее, она приготовится быстрее, чем большая; здесь «больше еды» образует изолирующий слой внутри индейки, замедляя процесс приготовления.

Но если у вас большая духовка и вы поместите дополнительную колбаску достаточно далеко от существующей, две колбаски (а) не будут значительно охлаждать духовку и (б) не будут мешать нагреву внутренней части другой колбасы. .

Те же самые вторые сосиски в микроволновой печи будут поглощать фотоны МВт, которые поглотила бы другая сосиска, замедляя процесс нагревания.

У Герта есть хороший ответ, который объясняет вам в классических терминах, что при прочих равных условиях для объектов меньшей массы требуется меньшее время нагрева. Теперь я чувствую, что мне нужно добавить об основном механизме.

Теперь микроволны откалиброваны так, чтобы они соответствовали колебаниям молекул воды, таким образом, они могут эффективно передавать энергию молекулам воды (кинетическую энергию) при вращении и свободе колебаний.

Это заставляет полярные молекулы пищи вращаться и выделять тепловую энергию в процессе, известном как диэлектрический нагрев. Микроволновые печи нагревают продукты быстро и эффективно, потому что возбуждение довольно равномерно на внешних 25–38 мм (1–1,5 дюйма) однородного пищевого продукта с высоким содержанием воды.

https://en.wikipedia.org/wiki/Микроволновая_печь

Акцент делается на внешние слои. Ответ на ваш вопрос заключается в том, что основным механизмом является глубина проникновения. Микроволны, попадая в пищу, начинают взаимодействовать с внешними слоями молекул воды и передавать молекулам свою энергию. Теперь всякий раз, когда они переходят и фотоны поглощаются, фотоны перестают существовать (они трансформируют свою энергию в молекулы), и микроволновое излучение теряет интенсивность. Уменьшается количество фотонов на единицу площади, поэтому микроволновое излучение теряет интенсивность по мере того, как проникает глубже, и внутренние слои получают меньше энергии. Таким образом, вопреки распространенному мнению, для нагрева большего куска пищи требуется больше энергии даже при использовании микроволновой технологии.

Почему в микроволновой печи маленькие порции нагреваются быстрее?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v