Из чего состоит и как работает микроволновка. Устройство и принцип работы микроволновой печи

Микроволновая печь.
Микроволно́вая печь или СВЧ-печь - электронное устройство, предназначенное для подогрева или быстрого приготовления пищи, размораживания продуктов с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (как правило с частотой 2450 МГц).
В промышленности эти печи используются для разморозки, сушки, плавления пластмасс, обжига керамики, разогрева клеев и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).
В отличие от классических печей (например, духовки), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это значительно сокращает время разогрева продукта.

Устройство
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон. Для того, чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 600-900 Вт. Вырабатываемые магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, в верхней части полости), в других - через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира с разогреваемой пищи, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки (обтюраторы) со временем пропитываются жиром, становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые.

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается особой стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам используется гриль.

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Специальное покрытие (биокерамическое - Moulinex, антибактериальное - LG) представляет собой специальное соединение, которое спекается при высокой температуре, благодаря чему покрытие камеры представляет собой абсолютно гладкую поверхность. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду во внутрь микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на неё покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Положительное свойство этого материала - прекрасное отражение микроволн. Минус - то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней поверхности СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
- металлическая камера, в которой концентрируется высокочастотное излучение и куда помещаются разогреваемые продукты;
- трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
- СВЧ-излучатель - магнетрон;
- волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
- цепи управления и коммутации;
- вращающийся столик (стеклянная тарелка) - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
- схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
- вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит внутри, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин.

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в камеру печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомнив, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см, становится ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы находится уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет около четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, которая надежно гасит излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными направляющими на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом же деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине - хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод так называемой широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи (слышать изменения шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.
Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в СВЧ-печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») - даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Нельзя нагревать в микроволновке жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца - из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений не рекомендуется сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом необходимо проткнуть каждую сосиску вилкой).
Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность - вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц.

Первым, кто обнаружил возможность сверхвысокочастотного излучения к нагреву продуктов, был инженер из США Перси Спенсер . Именно он и запатентовал микроволновку .

Судя из рассказов очевидцев, идея её создания пришла ему в голову, когда он стоял несколько часов возле магнетрона и обнаружил растаявшим у себя в кармане кусочек шоколада.

Устройство способно разогревать пищу без энергии тепла и этим больше походит на радиопередатчик, чем на привычную нам кухонную плиту. Главным действующим элементом являются СВЧ-микроволны – это одна из форм электромагнитной энергии , наподобие световых и радиомагнитных волн.

Со скоростью света они распространяются по направлению к предмету в виде сверхвысокочастотных волн, длина которых колеблется от 0,01 до 1 м.

СПРАВКА! СВЧ микроволны используются также в гражданской радиолокации, радионавигации, спутниковом телевидении, мобильной связи и т. д. Микроволны в естественной среде излучаются солнцем и измеряются определёнными приборами.

Устройство микроволновой печи

Как устроена микроволновая печь? Духовой шкаф с панелью управления, волновод, вращающаяся подставка, трансформатор, конденсатор и магнетрон – вот основные элементы построения микроволновой печи.

Схема работы микроволновки заключается в следующем: с панели управления электрический ток поступает в трансформатор, далее в конденсатор, где наращивается мощность и передаётся в магнетрон.

ВАЖНО! К нити накала подаётся высокое напряжение (порядка 3-4 КВт), чтобы его антенна могла излучать довольно сильные СВЧ волны.

Взаимодействующее с молекулами воды в еде электромагнитное поле частотой 2450 Мгц, преобразуется волноводом, содержащимся в любой микроволновке.

Термопредохранители или термореле служат для безопасности прибора и не допускают его перегрева.

Принцип действия предохранителя очень простой. В том месте, где необходимо контролировать температуру, крепится его алюминиевый корпус с помощью специального соединения из фланца. Таким образом, обеспечивается максимальный термоконтакт. Металлическая пластина, находящаяся внутри термореле, принципиально настроена на конкретную температуру.

Микроволновые печи также снабжены вентиляторами , которые засасывают воздух извне, и далее через воздуходув системой вентиляции распространяют его внутрь корпуса. Двигатель у вентиляторов представляет собой обычный однофазный асинхронный двигатель переменного тока.

ВАЖНО! Для избегания включения открытой микроволновки предусмотрена система из трёх микропереключателей . Один из них отключает магнетрон. Следующий включает подсвечивающую лампу. А третий предназначен для оповещения блока управления об открытии дверцы.

К основным функциям блока управления можно отнести:

• регулирование мощности прибора;
• автоматическое отключение по истечении запрограммированного срока.

Как работает микроволновая печь

Так как микроволны, которые производит печь, воздействуют именно на молекулы воды. Другими словами, всё что нужно – это содержание небольшого количества воды в пище, расположенной в камере.

Увеличение температуры еды в печи под действием микроволн напоминает процесс, когда согреваются руки, если мы сильно их растираем. Сходство заключается также в том, что, когда одна ладонь трётся о поверхность другой, тепло просачивается в мягкие ткани. По такому же принципу работают микроволны, а именно на небольшой поверхности (1–3 см), не проникая глубоко внутрь предмета.

Излучаемые микроволны соприкасаются с молекулами воды заставляя их двигаться всё быстрее и разогревать продукты. В капле воды находится миллионы молекул, и когда в них попадает микролуч, он проникает в пищу на глубину 2,5 см, заставляя их раскачиваться под действием электромагнитного поля. В процессе этого трения выходит тепло.

Таким образом, быстрее нагреваются продукты с высоким содержанием жидкости.

ВАЖНО! До сих пор учёные спорят насколько вредна микроволновка и как она влияет на качество продуктов. Однако Всемирная организация здравоохранения утверждает, что СВЧ-печи не оказывают вреда ни на человека , ни на потребляемую пищу.

Как работают дополнительные функции СВЧ

Практически все современные печи имеют режим гриля . Когда не только камера нагревается внутри, но и тепло подаётся с помощью специального тента - изогнутого металлического прибора, расположенного вверху камеры. Их называют ТЭНами - от «теплоэлектронагреватель».

В современных духовках дополнительно к режиму гриля есть режим конвекции . Когда камера эффективно продувается от ТЭНа гриля к пище. Система представляет собой циркулятор. Конвективная теплопередача, применительно к печи, - это передача тепла при помощи молекул воздуха. Использование вентилятора и называется обычно режимом конвекции.

Современные модели имеют ряд встроенных в компьютер рецептов и способов приготовления блюд.

Устройство

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

• металлическая , с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;
• трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
• цепи управления и коммутации;
• непосредственно СВЧ-излучатель - магнетрон ;
• волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
• вспомогательные элементы:
  • вращающийся столик - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
  • схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
  • вентилятор , охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Разновидности

• с конвекцией (означает, что МВП может обдувать продукт горячим воздухом таким же образом, как обычная духовка).

Принцип работы

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы . Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом . А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг - это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке , требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередачи используется частота 33 кГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине - хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).

Мощность печи

Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод т. н. широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

Меры предосторожности

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

Вопросы безопасности

Электромагнитная безопасность

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия. При воздействии излучения 8 и более часов предельно допустимый уровень (ПДУ) - 0,025 мВт/см², при воздействии 2 часа, ПДУ - 0,1 мВт/см², а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ - 1 мВт/см².

Мифы о СВЧ-печах

В прессе встречаются утверждения, что микроволновые печи (со снятой дверцей) могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово .

См. также

Ссылки

• Вода и микроволны (англ.)

История изобретения.

Изобретение микроволновой печи - это изобретение совершенно нового способа приготовления пищи.

В 30-х годах 20-го века одновременно в разных странах велись работы над получением мощных радиоволн сверхвысокочастотного диапазона. Эти радиоволны прежде всего научились использовать в радиолокаторах. Совершенно случайно в 1932 году сотрудники одной из лаборатории в США поджарили без огня две сосиски, поместив их около мощного генератора СВЧ.

В 1945 году американский инженер Спенсер экспериментировал с магнетроном - радиолампой, генерирующей радиоволны в СВЧ-диапазоне. Спенсер взял несколько зёрен кукурузы и поместил их возле магнетрона, через несколько минут из зёрен получился попкорн. То же самое он проделал с сырым яйцом.

Сырое яйцо, оставшееся снаружи холодным, в середине почти мгновенно вскипело под действием электромагнитных волн.

В октябре 1945 года фирма, в которой работал Спенсер, получила патент на микроволновую печь и начала выпускать устройства под названием "радарная печь" - большие шкафы, набитые радиолампами, трансформаторами и охлаждающими вентиляторами. Пространство, куда следовало помещать пищу, было не больше обычной кухонной духовки. Использовали эти микроволновые печи для разморозки стратегических запасов продуктов.

В 1952 году японцы купили патент и наладили производство микроволновых печей для дома.

А ещё через пятнадцать лет в магазинах появились наши отечественные микроволновые печи.

Постепенно СВЧ-печи стали комбинированными и были оснащены грилем, конвектором, «криспом» и другими дополнительными функциями , при помощи которых готовка еды упростилась, а вкусовые качества сравнялись с блюдами, приготовленными традиционным способом.. Микроволновка может готовить еду пятью разными способами: простыми СВЧ; грилевым излучением; одновременно СВЧ и грилем; грилем с использованием конвекции; СВЧ с конвекцией.

Откуда берутся микроволны?

В бытовых микроволновых печах используются микроволны, частота которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.

Источником излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон. На нить накала магнетрона необходимо подавать высокое напряжение - около 3–4 кВ. Сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно, и питается он через специальный высоковольтный трансформатор .

Мощность магнетрона составляет примерно 700–850 Вт. Для охлаждения магнетрона рядом с ним имеется вентилятор, непрерывно обдувающий его воздухом. Вентилятор обеспечивает принудительную конвекцию воздуха в полости печи с одновременным его подогревом, что способствует равномерному пропеканию продуктов.

Микроволны с магнетрона поступают в печь по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение.

Сложную конструкцию имеет дверца микроволновки. Она должна обеспечивать возможность обзора (что происходит внутри) и исключать выход микроволн наружу. Это многослойный «пирог» из стеклянных или пластмассовых пластин.

Между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в полость печи, а маленькие отверстия перфорации (менее 3мм) не пропускают СВЧ-излучение. По периметру дверцы вмонтирован уплотнитель из диэлектрического материала.

Для микроволнового приготовления пищи совершенно непригодна металлическая посуда. Микроволны не проникают сквозь металл, они отражаются от него. Это может вызвать электрический разряд (дугу) и нанести вред печи. Кроме того, отражённые микроволны могут проходить через стекло дверцы, что небезопасно для здоровья

Как микроволны нагревают пищу?

Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом - отрицательный. Таких молекул в пище много - это молекулы жиров, сахаров и воды. В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180°. Поле волны, в котором находятся эти молекулы, меняет полярность 4 900 000 000 раз в секунду!

Под действием микроволнового излучения молекулы поворачиваются с бешеной частотой и трутся одна о другую. Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи. Нагрев продуктов происходит за счёт прогрева микроволнами поверхностного слоя и дальнейшего проникновения тепла в глубину пищи за счёт теплопроводности.

Закипание воды в микроволновке происходит не так, как в чайнике, где тепло подводится к воде только снизу. Микроволновый нагрев идет со всех сторон. В микроволновке вода дойдёт до температуры кипения, но пузырьков не будет. Зато когда вы достанете стакан из печи, всколыхнув его при этом, - вода в стакане запоздало забурлит, и кипяток может ошпарить вам руки.

Если вы хотите довести воду в стакане или ином высоком узком сосуде до кипения, не забудьте опустить в него чайную ложечку перед тем, как поставить стакан в печь.

Как нельзя поступать?

Нельзя включать пустую печь , без единого предмета, который поглощал бы микроволны. Не встречая на своём пути никаких препятствий, микроволны будут многократно отражаться от внутренних стенок полости печи, а сконцентрированная энергия излучения может вывести печь из строя. В качестве минимальной загрузки необходимо ставить в неё хотя бы стакан воды.

Опасны ли микроволны?

Микроволны не оказывают никакого радиоактивного воздействия на биологические ткани и продукт питания.

Приготовление пищи при помощи микроволн требует очень небольшого количества жиров, поэтому приготовленная с помощью микроволн пища полезнее для здоровья и не представляет для человека никакой опасности.

Конструкцией печи предусмотрены жёсткие меры для предотвращения выхода излучения наружу. Хотя непосредственное воздействие микроволн может вызвать ожог, риск при правильном использовании исправной микроволновки полностью отсутствует.

Микроволны очень быстро затухают в атмосфере. И уже на расстоянии полуметра от микроволновки излучение становится в 100 раз слабее. Достаточно отойти от печи на расстояние вытянутой руки, и можно чувствовать себя в полной безопасности.

Всем приятного аппетита!

Журнал "Наука и жизнь"

Микроволновая печь - один из незаменимых приборов на кухне, без которого сегодня домохозяйкам приходится сложно. Все прекрасно знают, как ею пользоваться: ставите блюдо, нажимаете 1-2 кнопки и ждете 2-3 минуты, после чего остается достать уже разогретую пищу. Однако мало кто понимает принцип работы микроволновки, то есть то, как работают основные ее элементы. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Принцип работы микроволновки

Все СВЧ-печи работают по одному принципу, и в роли основного элемента выступает магнетрон - специальное устройство, способное излучать волны малой длины и частотой 2450 МГц. В современных приборах его мощность составляет 700-1000 Вт. Отметим, что при работе он сильно нагревается, поэтому возле него устанавливают вентилятор, который выполняет сразу несколько функций: в первую очередь, он отводит тепло от магнетрона, во вторую - обеспечивает циркуляцию воздуха в камере микроволновой печи. В свою очередь, это обеспечивает равномерный разогрев продуктов.

Собственно, на этом и основан весь принцип работы микроволновки: магнетрон подает короткие волны с высокой частотой, которые воздействуют на пищу и разогревают ее. Конечно, подобное объяснение является примитивным, но и оно дает возможность понять суть процесса.

Более подробное объяснение

Микроволны, излучаемые магнетроном, проходят в камеру печи через специальный волновод - канал с металлическими стенками, отражающими магнитное излучение. После того как эти волны попадают в камеру, они воздействуют на пищу, а точнее - на молекулы воды, которые содержатся в любом продукте питания. В результате диполи (молекулы) под действием микроволн начинают быстро перемещаться, тереться друг о друга, что способствует выделению тепловой энергии. Так и происходит нагрев еды.

Особенность микроволн заключается в том, что они могут проникать вглубь до 3 сантиметров. Остальной объем продукта нагревается от верхнего слоя. Такой принцип работы магнетрона в микроволновке объясняет, почему после разогрева еда может быть горячей сверху и одновременно холодной внутри. Вглубь тепло проникает из-за естественной теплопроводности.

Если вы использовали подобный прибор ранее, то не могли не заметить, что в процессе разогрева он вращается. Это необходимо для того, чтобы микроволны попадали на все участки разогреваемых продуктов.

Защита от микроволн

Учитывая принцип работы микроволновки, логично задуматься о вреде ее для здоровья человека. Безусловно, излучаемые магнетроном микроволны являются вредными для человека. Однако после открытия дверцы магнетрон прекращает свою работу, поэтому человек физически не может ощутить на себе их влияние. А чтобы они не выходили за пределы камеры для разогрева, предусмотрена специальная защита. Все ее стенки выполнены из металла, который отражает волны, и те не могут покинуть пределы прибора. Что касается стеклянной дверцы (она просто обязана быть, чтобы пользователь мог видеть процесс разогрева или приготовления), то она покрыта специальной сеткой, отражающей микроволны. Если эту сетку убрать, то волны могут покидать пространство камеры, и это может реально навредить человеку. Недопустимо использовать СВЧ-печь, если есть повреждение, например, уплотнителя дверцы или ее сетки.

Кстати, учитывая тот факт, что металл отражает микроволны, металлическую посуду использовать недопустимо.

Конструкция устройства

Все СВЧ-печи работают одинаково, следовательно, они имеют один и тот же состав деталей. В частности, можно выделить следующие конструктивные элементы:

1. Магнетрон - основной агрегат, который является источником микроволн.
2. Камера с вращающимся подиумом и металлическими стенками, отражающими радиоволны.
3. Трансформатор для повышения напряжения.
4. Дверца с защитной сеткой и прозрачным стеклом.
5. Коммуникации и схема управления.
6. Волновод.
7. Вентилятор для охлаждения магнетрона.

Все эти элементы принимают то или иное участие в работе печи.

Работа магнетрона

Как уже было сказано, магнетрон - это сердце СВЧ-печи. Он представляет собой электровакуумный диод, выполненный из большого анода цилиндрической формы. Сам анод является медным, он сочетает в себе 10 секторов медной стенки.

В центре устройства находится стержневой катод, внутри канала которого расположена нить. Он предназначается для эмиссии электронов. Чтобы устройство генерировало микроволны, нужно создать в полости магнитное поле. Для этого применяются кольцевые магниты высокой мощности - они находятся по торцам детали. А для создания эмиссии к аноду подают напряжение, равное четырем тысячам вольт. Для достижения такого напряжения вступает в дело трансформатор в микроволновке. Принцип работы любой модели предполагает его наличие.

Также внутри прибора есть проволочные петли, которые подключаются к катоду, а тот к излучательной антенне. Именно с этого элемента микроволны попадают непосредственно в сам волновод, откуда они выходят и попадают в камеру с пищей.

Контроль мощности

Если для готовки еды требуется меньше мощности, то магнетрон может циклически включаться или отключаться. В науке подобная технология называется широтно-импульсной модуляцией.

Для того чтобы прибор мощностью 400 Вт выдал её половину в течение 20 секунд, то его активируют на 10 секунд, после чего отключают питание на те же 10 секунд. Конечно, все это происходит на полной автоматизации.

Охлаждение магнетрона

Отметим, что при работе прибор выделяет большое количество теплоты, следовательно, его нужно охлаждать. Для этого само устройство устанавливают в пластинчатый радиатор, а рядом располагают кулер. Он обдувает радиатор и отводит тепло от магнетрона. Если вентилятор не будет работать, то устройство может просто перегреться в процессе работы и банально выйти из строя. Но чтобы этого не произошло, его дополнительно комплектуют специальным термопредохранителем - защитным устройством.

Назначение предохранителя

Для того чтобы гриль и магнетрон не перегревались, в некоторых моделях устанавливают специальные термопредохранители (термореле). Они могут быть разными. В частности, основное отличие заключается в количестве тепла, которое они способны выдерживать.

Это устройство достаточно простое в плане своей работы. Оно выполнено из алюминиевого сплава, крепится при помощи фланцевого соединения, обеспечивающего надежный контакт с тем участком, на котором производится замер температуры. Внутри корпуса установлена биметаллическая пластина, которая может сопротивляться определенной температуре. И если значение температуры выходит за определенную границу, то пластина сжимается и активирует толкатель, и он размыкает цепь контактной группы. Подача электричества на агрегат после этого прекращается, магнетрон отключается и постепенно остывает, пластина возвращается в свое исходное положение по мере остывания магнетрона. Через определенное время контакты снова замыкаются.

Вот такой простой принцип работы микроволновки, в частности предохранителя от перегрева. Отметим, что в дешевых моделях этот элемент может отсутствовать, так как он совершенно не нужен для нормального функционирования устройства. Это лишь элемент защиты, повышающий надежность и срок службы печи, не более того.

Роль кулера

Говоря о том, как работает микроволновка, принцип работы необходимо объяснять с учетом всех конструктивных элементов, которые в ней могут применяться. Кулер - один из них. Безусловно, это важный компонент системы, без которого устройство и работа микроволновки не будут полноценными.

Его задачаи:

1. Охлаждение магнетрона. Это самая важная задача, без которой магнетрон сгорел бы в первый же день использования печи.
2. Охлаждение других компонентов, которые выделяют тепло при работе. В частности, речь идет о микросхемах.
3. В моделях, где есть гриль, кулер производит охлаждение термореле.
4. Создание избыточного давления в камере, где находится еда. Из-за этого пары и воздух выводятся через вентиляционные пути.

Чаще всего для выполнения всех этих функций достаточно всего одного вентилятора. Благодаря наличию в камере воздуховодных отверстий сам воздух распространяется равномерно.

Устройство камеры

В принципе, физика работы микроволновки сложной не является, ведь еще со школы известно, что сильное электромагнитное излучение опасно для человека. Именно оно исходит от магнетрона и поступает в камеру с пищей, поэтому в этом устройстве необходима сильная многоуровневая система защиты.

Вся рабочая камера внутри покрывается эмалью, что блокирует электромагнитное излучение. Сверху находится металлический кожух, препятствующий проникновению волн в помещение. А для защиты стеклянной дверцы предусматривается стальная сетка с мелкими ячейками - она блокирует излучение частотой до 2450 Гц и длиной волн до 12 см.

Отметим, что дверца - это самое слабое место, через которое микроволны могут просочиться, поэтому она должна максимально прочно прилегать к корпусу и не иметь зазоров. Если будет щель, то эксплуатация прибора запрещается. В этом случае необходимо поправить петли дверцы и вернуть ее в исходное положение.

К тому же алгоритм работы микроволновки предусматривает использование специального защитного устройства от включения с открытой дверцей. Подобная система может быть реализована по-разному, чаще всего используются микропереключатели, контролирующие положение дверцы. Эти переключатели могут выключать магнетрон, передавать информацию о положении дверцы на блок управления.

Панель управления

Она есть на любой модели. В старых устройствах панель управления представлена в виде всего лишь двух (или даже одного) механических переключателей. Одним задается режим работы (разогрев, размораживание и т. д.), другим время. Схема примитивная, но рабочая и простая.

Однако современные модели оснащаются большой сенсорной панелью. Такие панели управления предоставляют пользователю большой функционал и даже возможность программировать режим. Например, можно задать определенное время старта разогрева пищи, длительность процесса, можно даже указать еду или блюда, которые будут разогреваться. И хотя кажется, что такие приборы являются более совершенными, в техническом плане отличий мало. Электронная панель управления не меняет то, как работает микроволновка.

Блок управления

Командоаппарат есть в каждом устройстве (не только в СВЧ-печах), где в определенный момент должно быть выполнено то или иное действие. Благодаря ему обеспечиваются разные функции. В частности, прибор с его помощью может поддерживать заданную температуру, включать или отключать печь после заданной операции.

В более старых СВЧ-печах это устройство представлено в виде двух электромеханических переключателей - они и отвечают за описанные выше функции и играют важную роль в общем устройстве микроволновки. Конечно, со временем электроника развивалась, и в результате появились полностью электронные блоки управления. Сейчас в СВЧ-печах (и не только в них) применяются микропроцессоры и специальные программы, в соответствии с которыми прибор может выполнять ту или иную функцию:

1. Встроенные часы.
2. Размораживание пищи.
3. Подача звукового сигнала о завершении процесса размораживания, приготовления или разогрева еды.

Заключение

Теперь вы более точно понимаете, как работает микроволновка. Принцип работы данного устройства относительно прост. Он основывается на элементарных законах физики.

Закрепим изученное: магнетрон (основной элемент СВЧ-печи) излучает очень короткие радиоволны с высокой частотой. Они воздействуют на молекулы воды, из-за чего те начинают активно двигаться. Этот процесс сопровождается выделением теплоты. Учитывая тот факт, что волны проникают неглубоко в пищу, нагревается только поверхность продуктов, а далее за счет естественной теплопроводности тепло переходит вглубь.

Это и есть основной принцип работы микроволновки. Устройство и основные элементы мы также рассмотрели в данной статье. Все они являются классическими и используются в абсолютно всех моделях от любых производителей. На данный момент описанная выше рабочая схема является единственной, хотя разные производители могут использовать отличающиеся по каким-либо параметрам модули. К примеру, в одной модели может быть использован более мощный магнетрон, который сможет разогреть еду гораздо быстрее. В других компактных моделях этот элемент может иметь низкую мощность, что позволяет создать прибор небольших размеров. Подобных отличий сотни, но принцип работы от этого не меняется совершенно. Конечно, более сильный магнетрон определяет то, сколько работает микроволновка по времени для разогрева пищи одного объема. Поэтому, если не любите ждать, то лучше выбирать модель помощнее.

На этом все. Мы полностью разобрали устройство этого предмета бытовой техники и ответили на большинство вопросов, с ним связанных.