Prečo je v mikrovlnke teplo?

20.08.2004 00:00
mikrovlnka
Autor:

Mikrovlnná rúra je dnes neoddeliteľnou súčasťou nielen každej modernejšie zariadenej domácnosti, ale pre schopnosť rýchlo rozmraziť a ohriať jedlo dominuje aj v malých kuchynských kútikoch na pracoviskách, internátoch alebo aj benzínových čerpacích staniciach. Ako mikrovlnka funguje?

Čo sú to mikrovlny?

Mikrovlny sú elektromagnetické žiarenie, ktoré sa šíri rýchlosťou svetla. Sú príbuznými elektromagnetických vĺn, ktorými vysielače prenášajú signál do domácich rozhlasových a televíznych prijímačov a mobilných telefónov. Šírenie elektromagnetických vĺn si môžeme predstaviť podobne, ako šírenie vĺn na hladine vody po dopade kameňa. Kúsok dreva plávajúci na hladine sa vplyvom vlny rozhojdá. Pri elektromagnetických vlnách sa však nevlní vodná hladina, ale elektrické a magnetické pole. Ak elektromagnetická vlna postupujúca priestorom zasiahne elektricky nabitú alebo zmagnetizovanú čiastočku (napríklad elektrón alebo vhodnú molekulu), tiež ju rozkmitá. Mikrovlny patria podobne ako rádiové, infračervené a viditeľné žiarenie medzi neionizujúce žiarenie. To znamená, že dokážu elektróny v atómoch iba rozkmitať, ale nedokážu ich vytrhnúť a spôsobiť tak chemickú zmenu v látkach. Z tohto hľadiska je pôsobenie mikrovĺn rovnako neškodné, ako je neškodné teplo sálajúce z kozuba. To však, samozrejme, neznamená, že priveľkým množstvom takejto energie sa nemôžete popáliť! Mikrovlny majú dve veľmi užitočné vlastnosti.

V prvom rade sa odrážajú od kovových a iných elektricky vodivých predmetov ako od zrkadla, čo využívajú vojenské aj civilné radary, ale aj automatické otvárače dverí. Zároveň však dokážu rozkmitať molekuly vody, cukru a tukov, čo využíva mikrovlnná rúra.

Trochu z histórie

Za objav mikrovlnnej rúry vďačíme náhode. Dr. Percy Spencer pracoval v roku 1946 na vývoji radarových systémov v Raytheon Company. Pri testovaní zdroja mikrovlnného žiarenia, tzv. magnetrónu, pocítil vo vrecku zvláštne šteklenie. Vzápätí s prekvapením zistil, že sa mu tam rozpustila tabuľka čokolády. Urobil ďalší pokus – pred magnetrón umiestnil zrnká kukurice a o chvíľu mal kanceláriu zasypanú pukancami. Na druhý deň zavolal svojho kamaráta a pred magnetrón umiestnil aj surové vajce. To sa začalo triasť a vzápätí prekvapenému kamarátovi explodovalo rovno pred očami – a prvá veselá historka s mikrovlnkou bola na svete.

Dr. Spencer si dal nový spôsob ohrievania jedla patentovať. Aby mikrovlny uvarili iba jedlo a nie aj pracovníkov v kuchyni, uzavrel magnetrón do kovovej skrinky, z ktorej nemohli mikrovlny uniknúť. Iba predná stena skrinky je urobená z predierkovaného plechu, aby bolo do rúry vidieť. Dierky však musia byť dosť malé (zvyčajne menej ako 1 mm) – vtedy je taký plech pre mikrovlny prakticky celistvý. Prvá mikrovlnná rúra sa však vôbec nepodobala dnešnej: vážila 340 kg a bola veľká asi ako chladnička. Umiestnili ju pokusne v jednej reštaurácii, kde ju prijali sprvu veľmi nedôverčivo. Postupným zdokonaľovaním a schopnosťou rýchlo ohriať jedlo sa však počiatočná zdržanlivosť rýchlo prelomila. Za skutočné víťazstvo mikrovlnnej rúry sa považuje rok 1975, keď počet predaných mikrovlnných rúr prevýšil počet predaných elektrických a plynových rúr.

Ako mikrovlnka ohrieva?

Najprv si musíme ujasniť, čo sa deje s predmetom pri jeho ohrievaní. Všetko okolo nás sa skladá z atómov a molekúl. Tie však nie sú úplne nehybné. Pri zohrievaní atómy a molekuly kmitajú čoraz silnejšie, a najmä z kvapalín sa neraz niektoré molekuly doslova vytrhnú a unikajú preč – nad kvapalinou stúpa para. Ako sme už spomenuli, mikrovlny dokážu rozkmitať elektricky nabité čiastočky. Bohužiaľ (alebo na šťastie), molekuly látok sú väčšinou elektricky nenabité – majú rovnaký počet kladných aj záporných elektrických nábojov.

Niektoré molekuly – a patrí medzi ne aj voda – však majú kladné a záporné náboje rozdelené nerovnomerne: na jednom konci molekuly prevláda kladný náboj na opačnom záporný. Keď takú molekulu zasiahne elektromagnetická vlna, dokáže molekulou v rytme vlny pootočiť. Možno si poviete, že také „štuchance“ do molekuly vody nič neznamenajú. Ak si však uvedomíme, že každá molekula dostane takýchto štuchancov každú sekundu 2,5 miliardy (frekvencia žiarenia v mikrovlnke je približne 2,5 GHz) a že každý kubický centimeter jedla obsahuje podstatne viac ako miliardu miliárd molekúl vody, výsledný efekt je impozantný: molekuly vody ako mikroskopickí robotníci pri svojom otáčaní neustále narážajú do ostatných molekúl jedla čoraz bláznivejšie, tie sa rozkmitávajú čoraz viac, teplota jedla stúpa, až sa nakoniec uvarí. Taký spôsob ohrievania má ešte jednu zvláštnosť: teplo vzniká v celom objeme jedla súčasne. Pri klasickom spôsobe varenia a pečenia ohrievame iba povrch jedla. Jeho vnútro je chladnejšie a musíme počkať, kým teplo neprenikne až do jeho stredu. Gazdinky musia používať rôzne triky, aby zistili, či je vnútri jedlo už dostatočne upečené. Keďže mikrovlnka ohrieva jedlo doslova zvnútra, varenie v nej je podstatne rýchlejšie. Teraz už vieme vysvetliť, prečo sa v mikrovlnke ohrieva jedlo, no tanier zostáva relatívne chladný: sklo a plasty totiž neobsahujú molekuly, ktoré by sa dali mikrovlnami rozkmitať. Tanier tak zostáva chladný, presnejšie povedané, ohrieva sa najmä dotykom od horúceho jedla.

Na čo si máme dať pri varení v mikrovlnke pozor?

Obsluha mikrovlnnej rúry je taká jednoduchá, že ju zvládnu aj malé deti. Preto všeobecne prevláda názor, že deťom primeraná je aj bezpečnosť práce s mikrovlnkou. To je však veľký omyl. Mikrovlnná rúra nie je hračka a pri práci s ňou môže nastať aj vážny úraz. Na čo si treba dať pozor?

Mimoriadne veľkú opatrnosť vyžaduje ohrievanie vody v mikrovlnke. Ako sme spomínali, voda sa ohrieva súčasne v celom objeme. Za takých okolností môže nastať situácia, že voda sa prehreje a v istom okamihu prudko zovrie v celom objeme, až doslova exploduje. Najnebezpečnejšie je, ak sa tak stane pri vyberaní vody z mikrovlnky alebo pri dosypávaní kávy do prehriatej vody. Vtedy sa môžete veľmi nebezpečne popáliť. Také prípady sa síce nestávajú často, ale zato pravidelne. Najlepšie je dať do mikrovlnky ohrievať vodu zároveň s nasypanou kávou alebo čajom. Na zrnkách dochádza k vreniu vody omnoho ľahšie a k prehriatiu vody nedôjde. Opatrne treba pristupovať aj k ohrievaniu mlieka v dojčenských fľašiach. Mamičky obyčajne skontrolujú teplotu mlieka nakvapkaním zopár kvapiek na svoju ruku. Keďže však mikrovlnka ohrieva potravu „znútra“, mlieko môže byť omnoho horúcejšie, ako je teplota kvapiek na jeho povrchu. Do mikrovlnky nepatria tenké a ostré kovové predmety.

Elektrické pole produkované magnetrónom môže spôsobiť vznik iskier z ostrých hrán a hrotov, alebo dokonca až roztavenie rôznych drôtikov, tenkých kovových fólií alebo ozdobných zlatých pásikov na tanieroch. Predmetom, ako sú lyžičky alebo hrubšie hliníkové fólie, však mikrovlnka neublíži. Mikrovlny sa od nich iba neškodne odrážajú, kým neskončia na ohrievanej potrave. V nijakom prípade nepoužívajte mikrovlnnú rúru, ktorá má poškodené dvierka alebo ich uzatvárací mechanizmus. Energia v takom prípade môže opustiť mikrovlnku a ohriať predmety v jej okolí. Veľmi nebezpečné je nazeranie do takto poškodenej mikrovlnky. Mikrovlny vtedy zasiahnu priamo oči a pri troške smoly ich teplota v krátkom čase stúpne natoľko, že to môže znamenať trvalú slepotu!

Je teda v mikrovlnke teplo? Pravdu povediac – nie. V mikrovlnke sú iba mikrovlny produkované magnetrónom. Sklené alebo plastové predmety sa v nej vôbec neohrejú a je im celkom príjemne. Lenže najmä tie potraviny, ktoré obsahujú vodu, dokážu mikrovlny veľmi rýchlo ohriať. Takým predmetom môže byť v mikrovlnke pekelne horúco. A nepomôže im ani ventilátor alebo studená sprcha. Mikrovlny ich totiž ohrievajú zvnútra a chladenie povrchu na rozdiel od bežnej elektrickej alebo plynovej rúry je neúčinné.

1. Ktorá otázka bola najvtipnejšia?

Keď sa voda zohrievaná v mikrovlnke môže prehriať a popáliť nás, prečo ju tam máme dávať a nezohrejeme ju na variči?

2. Ktorá otázka vás nútila k zamysleniu?

Aké iné látky okrem vody sa v mikrovlnke rýchlo zohrievajú.

3. Na ktorú otázku ste nevedeli odpovedať, ktorá vás prekvapila?

Či by sa zabudnuté zápalky v mikrovlnke po jej zapnutí zapálili.

Doc. RNDr. František Kundracik, CSc. (1959)

Vyštudoval na Matematicko–fyzikálnej fakulte Univerzity Komenského odbor fyzikálna elektronika a mikroelektronika. Po skončení štúdia v roku 1984 a získaní titulu RNDr.nastúpil ako asistent na Katedre experimentálnej fyziky MFF UK. Zaoberal sa vlastnosťami kvapalných kryštálov a v tejto oblasti aj v roku 1996 získal vedeckú hodnosť CSc. V roku 2001 sa habilitoval za docenta v odbore fyziky kondenzovaných látok. V súčasnosti prednáša na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského. Medzi najdôležitejšie patria prednášky z oblasti teórie elektromagnetizmu a základov elektroniky. Vo vedeckej oblasti sa venuje najmä meraniu a apliká ciám elektrických vlastností látok. Venuje sa aj propagácii fyziky. Je predsedom odbornej komisie Turnaja mladých fyzikov (súťaž pre študentov stredných škôl) a koordinátorom Medzinárodnej olympiády mladých vedcov (IJSO, súťaž pre žiakov do 16 rokov) na Slovensku.

Doc. F. Kundracik
Doc. F. Kundracik
DUK 2008 obálka
DUK 2008 obálka

Článok vznikol na základe prednášky uskutočnenej v rámci projektu Detská univerzita Komenského. Vydavateľstvo PEREX z každého ukončeného ročníka vydáva zborník vo forme pestro ilustrovanej knižky sumarizujúcej obsah prednášok z daného ročníka. Knižka z prvého ročníka (2003) je už vypredaná, vydania z ročníkov 2004, 2005, 2006, 2007 a 2008 si môžete objednať za cenu 5€ (151 Sk) + poštovné na tel. čísle 02/4959 6270 od 8. do 14. hodiny, alebo emailom na adrese predplatne@pravda.sk.

Sleduj najnovšie články na našom Facebooku