Каталог материалов
Невидимые глазу волны
10.12.2011

Невидимые глазу волны

Между тем достаточно лишь немного разобраться в физике микроволнового излучения, чтобы избавиться от совершенно излишних страхов перед этим удивительным способом нагрева пищи невидимыми глазу волнами.

Что общего между антенной радара, показанной на рис. 1, и печью, в которой вы готовите свой завтрак? В обоих устройствах работают микроволны — невидимое для наших глаз электромагнитное излучение сверхвысокой частоты (сокращенно СВЧ).

Рис. 1. Антенна радара


На мирные рельсы

Один из популярных мифов, связанных с историей создания микроволновой печи, рассказывает о том, как в кармане изобретателя во время работы с магнетроном — прибором, служащим источником микроволн, — расплавилась шоколадка. Изобретателем был американец Перси Спенсер (рис. 2), а произошло это в начале 1945 г. в лаборатории компании Raytheon, где велись разработки радарных систем. Красивая легенда о шоколадке десятилетиями кочует по страницам популярных изданий, но, как справедливо заметил американский ученый Уильям Хаммак, автор статьи об истории создания микроволновой печи «Величайшее открытие после открытия огня», опубликованной в журнале American Heritage, мифы о подобных внезапных озарениях зачастую оставляют в тени как талант, необходимый для осознания случайного наблюдения, так и тяжелый труд по дальнейшей разработке этого направления.

Рис. 2. Перси Спенсер — изобретатель микроволновой печи

Все было и так, и не совсем так… Вторая мировая война подходила к победному концу, но для Лоуренса Маршалла, основателя и главы компании Raytheon, это означало свертывание военных заказов и неизбежно связанные с этим финансовые проблемы. Нужно было срочно искать мирные направления разработок. Собрав у себя в доме шестерых ведущих специалистов фирмы, Маршалл задал им прямой вопрос: «Что мы будем делать после войны?» Люди, к которым он обращался, выглядели смертельно уставшими. В течение нескольких лет подряд, без отпусков и выходных, они собирали и тестировали радары для американской армии. В зимнее время, работая на открытой площадке, они нередко грели озябшие руки у батарей магнетронов, проходящих длительные ресурсные испытания…

Инженер-самоучка, автор десятков изобретений, Перси Спенсер по праву считался «локомотивом», чьи блестящие идеи не раз приносили успех компании. Нет ничего удивительного, что ему, скорее всего, и пришла в голову идея использовать тепловой эффект микроволн. Как отмечает в своей статье Хаммак, именно Спенсер предложил целый спектр мирных профессий микроволн — от сушки соломинок для коктейлей до тепловой обработки табачных листьев. Случай же с шоколадкой, если он и имел место, лишь подтолкнул изобретателя к экспериментам с пищевыми продуктами, возможность микроволнового нагрева которых к тому времени уже не была для него секретом.
Раскрутим молекулы

Сейчас, пожалуй, самое время сделать небольшое отступление в область физики и рассказать о том, как, собственно, микроволны греют пищу. В нагреве излучением ничего нового нет — и это хорошо известно любому, кто подставлял кожу солнечным лучам. Но и видимый свет, и невидимые нашему глазу инфракрасные лучи прогревают только поверхность тел. Микроволны действуют по-другому: проникая на несколько сантиметров в вещество, они заставляют ориентироваться по направлению электрической составляющей поля те молекулы, которые обладают свойствами электрического диполя. Примеров подобных молекул в природе не счесть: диполями, несущими положительный заряд на одном конце молекулы и отрицательный — на другом, являются, например, жиры. Но самое главное для нас с вами — диполем является молекула воды, самого распространенного из потребляемых нами веществ. Именно молекулы воды, переворачиваясь на 180° в переменном поле волны частотой 2450 МГц (нетрудно подсчитать, что такой переворот совершается каждой молекулой с частотой 4900 миллионов раз в секунду), приобретают энергию, которая затем распространяется внутрь вещества путем обычной теплопроводности. Сразу становится ясным, почему большой кусок мяса лучше разрезать на несколько мелких перед тем, как помещать его в микроволновку: идя от поверхности вглубь, тепло быстрее достигнет сердцевины мелких кусочков.

Понимание принципов микроволнового нагрева позволяет развенчать сразу несколько мифов о микроволнах. Например, что эти волны греют продукты «изнутри». Как мы с вами уже понимаем, такое может случиться разве что только в том случае, когда продукты имеют сухую корочку, в которой микроволны не смогут найти молекул воды.

Лишены оснований и страхи относительно возможных изменений, которые микроволны могут сотворить с молекулами пищевых продуктов. В отличие от, скажем, рентгеновских волн, СВЧ-излучение не является ионизирующим и не разрушает ни клетки биологических тканей, ни структуру органических молекул.

Но не «раскрутят» ли микроволны молекулы воды в тканях нашего тела, если мы приблизимся к работающей печи? Можно ли получить ожог от микроволн? Эти опасения также беспочвенны: конструкцией любой СВЧ-печи предусмотрена многоуровневая система блокировки, исключающая возможность работы магнетрона, если дверца печи не закрыта. Нормы же допустимой мощности излучения вне прибора, работающего с плотно закрытой дверцей, чрезвычайно жесткие. Например, стандарты США не допускают, чтобы плотность микроволнового излучения на расстоянии 5 см от новой печи превышала 1 мВт/кв. см, а для печи, которая уже прослужила несколько лет, — 5 мВт/кв. см. Для сравнения: мобильный телефон GSM, работающий на частоте 1800 МГц, может излучать до 3,2 мВт/кв. см на том же расстоянии (и заметим, что телефон мы держим не в 5 см от уха, а вплотную к нему).

Другое заблуждение связано с тем, что магнетрон работает на резонансной частоте молекул воды, как бы «раскачивая» их. Ничего подобного! Уже упомянутая нами частота 2450 МГц была выделена федеральными властями США группе инженеров из Raytheon, которые после окончания войны с жаром принялись за поиски сферы мирного применения микроволн. Власти ограничили область их экспериментов двумя частотами — 915 и 2450 МГц, дабы микроволновые печи не вторгались в частотные диапазоны, где уже вовсю работали авиационные радары, радиорелейные линии связи и FM-радиостанции.
Муки творчества

Впрочем, в том далеком 1945 г. о большой команде исследователей говорить было рано. В помощь Спенсеру был выделен молодой инженер Марвин Бок. Им предстояло выполнить массу работы, например выяснить, как себя ведут различные продукты под действием микроволн. Уже в одном из первых опытов Бок чуть не получил ожог лица, когда при микроволновом нагреве взорвалось яйцо: оказывается, желток поглощает излучение гораздо лучше, чем белок, а скорлупа не в состоянии удержать напор расширяющегося при нагреве содержимого.

Поначалу не был ясным даже вид будущего бытового прибора. Взяв за основу конструкции лежащий на боку жестяной ящик для мусора с отверстием в одной из стенок, через которое по волноводу входило излучение, Спенсер и Бок даже не представляли, что предвосхитили на полвека вперед компоновку микроволновой печи. Даже по прошествии стольких лет производители не очень-то балуют нас иными формами. Лишь немногие из современных СВЧ-печей, например серия компактных моделей Max от Whirlpool (рис. 3) с корпусом округлой формы, отходят от этого стереотипа.

Рис. 3. Микроволновая печь серии Max (Whirlpool)

Исследователей волновало и другое: излучение частотой 2450 МГц имеет длину волны 12,24 см, что сравнимо с размерами использованного ими жестяного ящика. Более того, это близко к габаритам, скажем, хот-дога, столь любимого американцами. Прогреется ли он равномерно в новой печи? Стало ясно, что нужно подумать о мерах по обеспечению равномерного поля излучения в полости печи, по предотвращению образования в ней стоячих волн, в одних точках которых поле излучения будет усилено, а в других — ослаблено. Но как это сделать? Раз федеральные ограничения не позволяют варьировать рабочую частоту микроволн, то, может быть, как-то исхитриться и на ходу менять геометрию полости? Пытаясь решить задачу «в лоб», Бок разрабатывает хитроумную систему с моторчиком, двигающим одну из стенок. Но такая конструкция печи оказалась слишком сложной. И тогда инженер пришел к более изящному решению: к потолку полости он подвесил несколько металлических стержней, приводимых в движение моторчиком с частотой 2—3 оборота в секунду. Отражаясь от этого препятствия, непрерывно меняющего свою конфигурацию, микроволны хаотичным образом распространялись по всему объему полости.

Другим решением на годы вперед оказалось вращение стола, на котором расположены продукты. В наши дни таким столом оснащены все микроволновые печи. Но одного вращения стола мало: сегодня практически каждый из ведущих мировых производителей микроволновых печей может похвастаться своей фирменной системой распределения микроволн в полости: это системы T. D. S. у Samsung, 3D-система у Whirlpool, Intellowave у LG, EMD у De'Longhi, C. R. S. у Daewoo и др.


Убавьте мощность!

Решив задачу «размешивания» микроволн по пространству полости, Спенсер и Бок встали перед новой проблемой: мощность излучения нужно было как-то регулировать. Печь не может все время работать в полную силу, например размораживать продукты нужно постепенно, на малой мощности. Дело в том, что лед поглощает микроволны гораздо хуже, чем вода, и в интенсивном потоке излучения уже оттаявшие края замороженной курицы начнут поджариваться, в то время как центральная часть тушки еще будет скована льдом.

Но вот проблема: магнетрон, в отличие от лампочки, не в состоянии работать «вполнакала». Этот прибор требует подачи тока высокого напряжения, уменьшить которое нельзя — прекратится эмиссия электронов. Остается только периодически отключать питание магнетрона. Именно этот принцип и был использован командой Raytheon для регулирования мощности печи.

И вновь им удалось найти решение на десятилетия вперед: именно так регулируется мощность в подавляющем большинстве микроволновок, которые представлены сегодня на рынке. Задав своей печке мощность на уровне примерно одной трети от максимальной, вы, скорее всего, и не подозреваете, что ее магнетрон работает каждые 10 секунд, а следующие 11 секунд отдыхает. А если рабочая мощность составляет 10% от максимальной, то магнетрон включается лишь на 4 секунды, а следующие 17 — отдыхает.

Единственным исключением являются микроволновые печи Panasonic: конструкторам этой фирмы впервые за полвека после Спенсера удалось создать альтернативную систему регулирования мощности печи. Сделать это удалось благодаря так называемому инверторному принципу питания магнетрона, позволившему обойтись без массивного трансформатора. Вместо того, чтобы периодически отключаться на несколько секунд, магнетрон прекращает работу гораздо чаще, но на микроскопические промежутки времени.

Легко ощутимым (в буквальном смысле) преимуществом инверторных СВЧ-печей является их уменьшенный на несколько килограммов вес. Но так ли это важно для прибора, который далеко не каждый день меняет свое месторасположение на кухне? В области низких рабочих мощностей инверторная система становится малоэффективной, и магнетрон все равно приходится отключать на такие же длительные периоды, как в обычной микроволновке. На сегодняшний день инверторное управление мощностью встречается только в СВЧ-печах Panasonic (рис. 4) да еще в некоторых встраиваемых моделях Siemens.

Рис. 4. Инверторная микроволновая печь Panasonic NN-C785J


Путь к потребителю

Решив принципиальные технические проблемы, инженеры Raytheon в 1947 г. смогли, наконец, выпустить на рынок первую микроволновую печь Radarange. Детище Спенсера и Бока было размером с холодильник, весило 340 кг, а для его подключения нужно было протянуть специальную линию питания на 220 В (заметим, что бытовая электрическая сеть в США использует напряжение 110 В) и линию подачи воды для охлаждения излучателя микроволн. Стоимость первых СВЧ-печей (рис. 5) составляла 2—3 тыс. долларов, и понятно, что их покупателями были не частные лица, а рестораны. Главным аргументом производителей новой техники для кухни была неслыханная ранее скорость приготовления или разогрева блюд. Гамбургер всего за 25 секунд! Ничего удивительного для печи мощностью 3000 Вт, что втрое больше, чем у нынешних микроволновок. Характеристики первых микроволновых монстров не оставляли сомнений в их происхождении от военных радаров.

Рис. 5. Первые микроволновые печи фирмы Raytheon

Но путь на кухни миллионов людей был проложен не этими гигантами. Родоначальником бытовых СВЧ-печей стал небольшой прибор для разогрева бортового питания на самолетах, над которым в компании Rayteon работали еще в 1945 г. Спустя семь лет лицензию на технологию его производства купила фирма Tappan Stove, известный американский производитель кухонных плит, а еще через три года она выпустила на рынок первый образец бытовой микроволновки по цене 1295 долларов за штуку. В 1965 г. Raytheon приобретает компанию Amana, которая до той поры производила только холодильники. Прорыв стал близок: его подготовило мастерство инженеров Raytheon и рыночный опыт менеджеров Amana. Первые умели создавать уникальные приборы, но не имели достаточного опыта продаж, зато вторые профессионально умели продавать бытовую технику (рис. 6).

Рис. 6. Демонстрация работы микроволновой печи Raytheon во время рекламной кампании

И все же окончательное слово было сказано не ими, а японцами. В середине 1960-х в Стране Восходящего Солнца научились выпускать магнетроны по цене 25 долларов за штуку, в то время как магнетроны Raytheon стоили 300. Здоровая конкуренция подгоняла выпуск все более доступных массовому потребителю изделий: в 1970 г. Raytheon и другие американские производители выпустили 40 тыс. СВЧ-печей по цене в среднем от 300 до 400 долларов. А уже в 1971 г. на рынке США появились японские печки на 100—200 долларов дешевле. К 1975 г. в Америке был продан миллион микроволновок, через 10 лет — уже 10 млн, и большинство из них были японскими.

С появлением этого массового продукта началась новая эпоха, с новыми рецептами блюд и способами их приготовления, со своими мифами и апокрифами, вроде истории о кошке, высушенной в микроволновой печи… Похоже, что и вправду только открытие огня было сравнимо по своим последствиям с появлением на кухнях невидимых микроволн.


Не только микроволны

Как это ни покажется странным, но современные микроволновые печи отличаются от своих предшественниц полувековой давности не только более элегантным внешним видом, но и тем, что… в них работают не только микроволны. Как ни старались конструкторы микроволновок, им так и не удалось получить на продуктах поджаристую корочку с помощью СВЧ-излучения. Для этого под «потолком» печей пришлось установить дополнительный нагревательный элемент — гриль. В последние годы это, как правило, малоинерционный и компактный кварцевый гриль, представляющий собой туго свитую нихромовую проволоку, помещенную в трубку из кварцевого стекла.

Микроволновки с дополнительным устройством для поджаривания продуктов сверху можно найти в линейке моделей практически каждого производителя. Вот, например, микроволновая печь Vitek 1690 (рис. 7). Выходная мощность микроволн этого прибора составляет 900 Вт, а мощность кварцевого гриля — 1000 Вт. Имеется восемь режимов автоприготовления, функция экспресс-приготовления. Внутренняя камера объемом 30 л имеет антипригарное покрытие.

Рис. 7. Микроволновая печь Vitek 1690 с кварцевым грилем

Другой пример комбинированного устройства — разработанная компанией LG Electronics новая микроволновая печь Black Solar Dom (рис. 8). Эта печь позволяет готовить самые различные блюда в кратчайшие сроки благодаря использованию галогенового источника нагрева, который излучает свет, по свойствам очень похожий на свет, излучаемый солнцем. Комбинация микроволн и светового излучения обеспечила способность печи готовить блюда в четыре раза быстрее, чем обычная конвекционная печь, исключила необходимость в предварительном нагреве — печь с легкостью нагревается до температуры 320°C в течение пяти минут.

Рис. 8. Комбинированная микроволновая печь Black Solar Dom (LG)

Четкие строгие линии, сенсорное управление — все это гармонично сочетается с широкой функциональностью печи. Удобный пользовательский интерфейс Smart Display отображает функции на цветном жидкокристаллическом дисплее, информирует пользователя о статусе приготовляемого блюда, а также предлагает пошаговое руководство. Кроме того, в память печи Black Solar Dom внесены различные рецепты от LG.


Под куполом «талантливого» блюда

Помните, как взорвалось яйцо, помещенное вблизи магнетрона в первых опытах с СВЧ-излучением? До недавнего времени нельзя было и помыслить о том, чтобы сварить яйцо в микроволновке… Пока не появилась СВЧ-печь Wavedom MC-8483NL от LG (рис. 9). Принципиальной новинкой этой печи с округлой внутренней полостью является наличие в комплекте к ней «талантливого» блюда, на котором можно готовить широчайший спектр блюд: от детского и диетического питания до блюд с поджаристой хрустящей корочкой. Имеется программа «Русский повар», насчитывающая 16 блюд.

Рис. 9. СВЧ-печь Wavedom MC-8483NL (LG)

Отсутствие углов во внутренней полости значительно облегчает уход за печью, а купол «талантливого» блюда не даст микроволнам проникнуть под скорлупу яиц. Поэтому приготовление яиц «вкрутую» и «в мешочек» в печи Wavedom столь же элементарно, как кипячение стакана воды.


Хотите — пицца, хотите — блины

Непрерывно совершенствуя конструкцию микроволновых печей, их разработчики наделяют свои создания все большим набором функций. Например, в микроволновках Daewoo появилась функция приготовления пиццы (рис. 10). В этих печах вы сможете как приготовить румяную, ароматную домашнюю пиццу с хрустящей корочкой, так и разогреть замороженную.

Рис. 10. Микроволновая печь Daewoo KOD-135P с функцией приготовления пиццы

Специальное приспособление позволяет размещать в этой микроволновой печи одновременно два блюда, благодаря чему вы можете экономить время на приготовлении пищи. Система Rotation&Revolution микроволновых печей Daewoo осуществляет сложное движение поворотного стола печи: он не только вращается вокруг своей оси, но и двигается в горизонтальной плоскости. Это позволяет избежать разницы температур между центральной частью поворотного столика и его периферией, в результате чего приготовляемое блюдо нагревается равномерно.

Система 3D Power этих печей включает сразу три нагревательных элемента: сверху, снизу и по бокам печки. Принудительная конвекция заставляет горячий воздух равномерно циркулировать в полости печи, нагревая пищу. Теперь продукт вашего кулинарного искусства не потеряет свою форму и приобретет такой же золотисто-коричневый цвет, как при выпекании в обычном духовом шкафу.

Специально для гурманов есть функция «Нижний гриль для приготовления корочки», которая поможет вам приготовить хрустящeе печеньe и хрустящую корочку на пицце.

Любите ли вы блины, пельмени, вареники, картофельное пюре, яичницу или другие блюда русской кухни? Все это вы можете легко приготовить при помощи автоматического «Русского меню» микроволновых печей Sharp (рис. 11). Меню включает блины, пельмени, в том числе жареные, вареный картофель, пюре, яичницу с беконом, вареники, рыбу-гриль, жареный картофель и куриные окорочка.

Рис. 11. Микроволновая печь Sharp R-877 HSL с набором программ «Русское меню»

Печи Sharp, в зависимости от модели, имеют до 27 автоматических программ приготовления разнообразных блюд. Такой широкий спектр блюд реализуется благодаря наличию двойного гриля — кварцевого (верхнего) и инфракрасного (нижнего).

Широким набором функциональных возможностей обладает новая микроволновая печь H-MW1020 от компании Hyundai Electronics (рис. 12). Печь с полостью объемом 20 л оборудована удобными кнопками, поворотным регулятором и функциональным цифровым дисплеем. Есть кварцевый гриль, а функция «Комби» позволяет эффективно использовать возможности микроволн и гриля одновременно. Можно готовить в пяти режимах тепловой обработки, а для разморозки используется функция оптимизации, учитывающая вес продуктов.

Рис. 13. Микроволновая печь Samsung серии Sweetheart

Первое, что обращает на себя внимание, — яркая красная кнопка в форме сердца, расположенная на черной панели интерфейса. Она дала название серии печей. Но «сердечко» — не только декоративный элемент. Кнопка буквально передает смысл функции «Любимый рецепт», которая пригодится всем тем, кто часто готовит по одной и той же схеме. Если во время приготовления любимого блюда вам нужно несколько раз менять мощность и подключать другие режимы, то вы можете просто запрограммировать последовательность действий. После этого достаточно каждый раз ставить продукты в печь и нажимать на кнопку-сердце, а затем заниматься своими делами, не боясь упустить нужный момент.

Впрочем, управлять выбором нужного режима, устанавливать время и мощность на печи Sweetheart тоже очень легко. Почти никаких кнопок — их заменяют две удобные поворотные ручки, принцип действия которых понятен и детям, и взрослым. Проект дизайна печей Sweetheart — это первый случай обращения крупнейшей транснациональной корпорации к российской дизайнерской компании — студии Артемия Лебедева.


Чищу себя сама

Приготовление пищи неизбежно связано с выбросом капель жира и прочих загрязнений, оседающих на стенках полости печи. Неприятной работы, связанной с мойкой стенок, позволяет избежать функция очистки паром, реализованная в ряде моделей микроволновых печей Samsung (приборы серии Euro Main Convection и серии Ace). Заполните водой специальный контейнер, поместите его в печь (рис. 14), нажмите копку «Очистка паром», а через 15 минут лишь протрите камеру салфеткой. Чистота гарантирована!

Рис. 14. Контейнер для очистки паром (микроволновые печи Samsung)


Микроволновая встройка

Встраиваемая бытовая техника уверенно завоевывает место на кухнях россиян. Единый элегантный стиль оформления пространства кухни требует столь же элегантного решения фасада прибора, будь то посудомоечная машина, духовка или микроволновая печь. И СВЧ-печи прекрасно вписываются в этот стиль.

Вот встраиваемая микроволновая печь Samsung FC 139 STR (рис. 15): интегрирование ее в кухонную мебель происходит без усилий, а отделка панели управления нержавеющей сталью будет как нельзя кстати на кухне в стиле hi-tech. Большим плюсом является многофункциональность печи: есть автоматические режимы разморозки, разогрева и приготовления, режимы «Кафетерий» и «Закуски». Полость печи объемом 37 л имеет биокерамическое покрытие, а на поворотном столе диаметром 360 мм можно приготовить любые блюда, если умело комбинировать режимы микроволнового нагрева, гриля и конвекции.

Рис. 15. Встраиваемая микроволновая печь Samsung FC 139 STR

Хотите полость повместительнее? В линейке встраиваемых СВЧ-печей Samsung есть модель Speed oven FQ 159 STR с полостью объемом 42 л. Панель управления этой печи скорее напоминает панель тюнера или иного радиоприбора, нет и привычного поворотного стола — «перемешивание» микроволн в полости производится специальным вентилятором, на лопастях которого рассеивается СВЧ-излучение.

<

Смотрите также


Если вам понравилась данная статья, поделитесь ей в социальных сетях: