Вы когда-нибудь замечали странную вещь? Достаёте тарелку из микроволновки, еда обжигающе горячая, а тарелка — едва тёплая. Иногда кажется, что микроволновка работает как-то избирательно: вот это греет, а это — игнорирует.
А ещё нам с детства твердят: «Не суй в микроволновку металл! Будет взрыв!» Но почему? И что на самом деле происходит внутри этой белой коробочки, которая есть почти на каждой кухне? Давайте заглянем внутрь и разберёмся с физикой микроволн.
Это не тепло, это излучение
Первое, что нужно понять: микроволновка не греет еду в привычном смысле слова. В духовке или на плите работает тепло: вы нагреваете воздух или конфорку, они касаются кастрюли, кастрюля греет еду снаружи внутрь.
Микроволновка работает иначе. Она не повышает температуру вокруг, она заставляет сами молекулы еды вибрировать с бешеной скоростью. А трение, как известно, создаёт тепло.
Внутри микроволновки стоит мощный генератор — магнетрон. Он создаёт электромагнитные волны сверхвысокой частоты (СВЧ). Эти волны летят сквозь воздух, проходят сквозь стекло и пластик и добираются до еды.
Факт: Частота микроволновки (2450 МГц) выбрана не случайно. Это частота, на которой молекулы воды, жира и сахара начинают резонировать и вибрировать сильнее всего. Учёные специально подобрали частоту, чтобы «раскачивать» именно то, из чего состоит еда.
Молекулы-маятники
Теперь представьте молекулу воды. Это такая конструкция в форме буквы «V»: один большой атом кислорода и два маленьких атома водорода по бокам. У этой молекулы есть хитрость: она полярна. У неё есть слабый положительный заряд со стороны водородов и слабый отрицательный — со стороны кислорода.
Микроволновка создаёт электромагнитное поле, которое меняет направление миллиарды раз в секунду (конкретно 2,45 миллиарда раз в секунду). Положительные заряды начинают разворачиваться вслед за полем, отрицательные — в другую сторону.
Представьте, что вы на стадионе и вам скомандовали: «Все, у кого красные футболки, бегут налево, синие — направо!» А через долю секунды: «Все обратно!» И так 2 миллиарда раз в секунду. Что будет? Вы устанете, вспотеете и начнёте выделять тепло.
То же самое с молекулами воды. Они начинают бешено крутиться, тереться друг о друга — и еда греется.
Почему тарелка холодная?
А вот это самый кайфовый вопрос. Вы наверняка замечали: тарелка после микроволновки почти холодная, а еда — огонь. Почему?
Потому что материал тарелки (стекло, керамика, пластик) не содержит молекул воды, которые могут резонировать с микроволнами. Волны проходят сквозь тарелку насквозь, как свет сквозь окно, почти не взаимодействуя с ней. Они теряют энергию только тогда, когда встречают воду в еде.
Тарелка греется потом, уже от самой еды, как обычная посуда от горячего содержимого. Именно поэтому, кстати, еда иногда греется неравномерно: волны входят в продукт, ослабляются, и центр может остаться холодным, если не перемешивать.
Почему нельзя греть металл и яйца?
Вот тут начинается зона риска.
Металл. Если вы сунете в микроволновку вилку или ложку, случится шоу. Металл проводит электричество, и мощные микроволны начинают гонять электроны по поверхности металла. В тонких местах (острые края вилки, фольга) электроны накапливаются и... проскакивают в виде искр. Это называется дуговой разряд.
Яйцо. Это отдельная песня. Внутри яйца — жидкость. Микроволны греют её очень быстро, внутри образуется пар, давление растёт... и яйцо взрывается. Причём может взорваться уже у вас в руках, когда вы достанете его из микроволновки. Достаточно лёгкого сотрясения.
Факт: Именно поэтому в инструкциях пишут «не грей яйца в скорлупе». Физика там безжалостная.
Как появилась микроволновка?
1945 год, США. Инженер Перси Спенсер работает в компании Raytheon и тестирует мощный магнетрон для радаров. И тут он замечает странную вещь: шоколадка в его кармане растаяла.
Спенсер был не дурак и быстро понял, что это не совпадение. СВЧ-излучение от магнетрона нагрело шоколад. Он принёс попкорн, поднёс к магнетрону — попкорн взорвался. Так родилась идея микроволновой печи.
Первый коммерческий экземпляр весил 340 кг, был высотой с холодильник и стоил как небольшой дом. Назывался он "Radarange". Покупали такие агрегаты только рестораны и столовые. В дома микроволновки попали только через 20 лет, когда стали меньше и дешевле.
Факт: Радарная установка, которая растопила шоколадку Спенсера, использовалась для военных радаров. Так что микроволновка — это, по сути, побочный продукт военных технологий Второй мировой.
Сам магнетрон как устройство придумал не Спенсер, а швейцарский физик Генрих Грейнахер (Heinrich Greinacher) ещё в 1912 году. Он разработал математические модели движения электронов в магнитном поле, без которых современный магнетрон был бы невозможен.
Учёный, чья фамилия буквально «программирует» его изобретение на нагрев! Совпадение? Возможно. Но теперь, грея еду в микроволновке, вы будете знать, кому сказать спасибо (и как бы фамилия обязывала).
Бонус — мифы о радиации
Многие боятся, что микроволновка "облучает" еду и делает её вредной. Это чушь.
Микроволны — это неионизирующее излучение. В отличие от рентгена или гамма-лучей, они не меняют структуру молекул и не делают еду радиоактивной. Максимум, что они могут — нагреть её. После выключения микроволновки никаких волн не остаётся, еда абсолютно безопасна.
Единственная опасность — если вы сунете голову в работающую микроволновку (пожалуйста, не надо). Но даже тогда вы просто получите ожог тканей, а не "облучение".
Когда наша команда узнала, что микроволновка — это прямой потомок военных радаров, а внутри неё молекулы пляшут 2 миллиарда раз в секунду, мы зауважали этот кухонный прибор ещё больше.
В следующий раз, когда будете греть обед, вспомните: вы наблюдаете за электромагнитным балетом молекул воды, который стал возможен благодаря случайно растаявшей шоколадке инженера Спенсера и расчётам физика с говорящей фамилией Грейнахер.
Если хотите ещё таких историй про обычные вещи, жмите «Подписаться» на «Науку на завтрак». Будем раскачивать ваш мозг на нужной частоте!