Как работает микроволновка — устройство и принцип СВЧ печи

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы.

С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Нагрев пищи микроволнами можно сравнить с тем, как греются ладони, если тереть ими одна об другую. «Волны» воздействуют только на поверхностный слой пищи, проникая не глубже 1 – 3 см.

Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Устройство микроволновки

Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.

Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.

Блок генерации СВЧ излучения

Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах.

Его задача – генерирование интенсивной электромагнитной волны высокой частоты. Когда электроны проходят через магнитное поле – образуется волна, длина которой бывает разной.

Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.

Блок управления

Панель управления самой простой микроволновой печи состоит из двух вращающихся ручек. Одной ручкой можно устанавливать мощность излучаемых волн. Другая же предназначена для установления времени разогрева. Также существуют печи с сенсорным управлением и электронным табло. Они, как правило, сложнее и дороже простых печей. В этих печах может быть добавлена также функция гриля.

В заключение можно сказать, что микроволновые печи достаточно плотно вошли в нашу жизнь. Ими пользуются все,от мала до велика. Преимущество этого прибора в быстроте и удобстве разогрева пищи. Она надёжна, удобна и неприхотлива в использовании.

Системы основной и вторичной защиты

Контрольные датчики следят за тем, чтобы ключевые электронные и аппаратные части работали исправно, а не в аварийном режиме. Их функция – обеспечение безаварийной работы микроволновой печи и предотвращение опасных сбоев.

Контрольный датчик

Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:

• Primary Switch;
• Secondary Switch;
• Door Switch;
• Monitor Switch.

Блок, генерирующий СВЧ-излучение, начнет работать только тогда, когда замкнутся контакты первичного и вторичного выключателей (закроется дверца).

Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.

Дополнительные элементы

В микроволновке есть несколько дополняющих частей. Зачастую СВЧ-печь оснащается грилем в виде нагревательных дуг или инфракрасных кварцевых ламп. В паре с ним работает конвектор. Эти элементы довольно надежны и ломаются в исключительных случаях.

Инфракрасный нагреватель обычно выполняется в виде двух последовательно включенных кварцевых ламп. При их мощности в 500−600 ватт они потребляют ток с напряжением 115 вольт. В отличие от микроволнового варианта нагрева, гриль делает это от верхних слоев ко внутренним. Хотя на это тратится больше времени, иначе поджарить корочку не получится.

Конвектор необходим для правильной циркуляции воздуха. Это помогает пище равномерно разогреться.

Какие бывают микроволновые печи

Прежде чем «погрузиться» вовнутрь прибора, нужно определить, какие микроволновые печи сейчас представлены на рынке. Функционал подобной техники значительно расширился, теперь это не просто печь для разогрева пищи, но и пароварка, гриль, в ней записаны программы для автоматической готовки продуктов. Некоторые модели даже могут заменить духовой шкаф, ведь не уступают ему в мощности нагрева.

Первая микроволновая печь была изобретена ещё в 1947 году, она была огромной, в человеческий рост. Конечно, она не использовалась для дома, только для промышленных предприятий, госпиталей. Главной проблемой стал её перегрев, особенно при высокой частоте микроволновых колебаний, и уже спустя некоторое время для неё придумали водную систему охлаждения. Далее установка становилась всё меньше, приобретая более компактный вид. Спрос был небольшой, но уже тогда производители знали, что в будущем эта техника найдёт своё место на кухне у миллионов хозяек.

В 1966 году микроволновка уже была компактной, но пища разогревалась неравномерно, поэтому был придуман специальный поворотный столик, который помогал исправить эту неприятную особенность техники. Сейчас изобрели установки, которые не нуждаются в подобном дополнении, но раньше это изобретение считалось прорывом.

Сейчас достаточно техники для кухни, чтобы выбрать свою модель и купить неплохой вариант даже за небольшую цену. Поэтому производители постоянно стараются модернизировать её, чтобы сделать более востребованной на бытовом рынке, и распродать как можно больше товара.

Принцип действия микроволновой печи также может отличаться. Конечно, в каждой технике нагревание ведётся с помощью СВЧ-излучения, но дополнительные детали делают её функционал более разнообразным.

Виды микроволновых печей.

Это стандартные модели, которые сейчас доступны на рынке. Но чтобы выбрать себе идеальный вариант, нужно ознакомиться с другими составляющими, которые влияют на тип техники. По размеру камеры они могут быть небольшие, что снизит энергопотребление, но значительно сократит возможности печи. До 19 литров будет достаточно, чтобы разогреть еду, поставить продукты на разморозку. Но в подобных моделях ни гриля, ни конвекции не будет, ведь конструкция не позволяет вместить в неё дополнительные детали.

Наибольшей популярностью пользуются средние модели – 20-25 литров. Это хороший вариант для всей семьи, функционал может быть значительно расширен дополнительными режимами. При желании можно заменить духовку микроволновой печью, если она больших размеров – 26–32 литров. Владельцы ресторанов и промышленных кухонь имеют более объёмную технику, но покупать её для дома нет необходимости.

Тип управления в микроволновых печах также очень разнообразный:

• механический;
• сенсорный;
• кнопочный;
• смешанный.

Самым точным и удобным будет сенсорный тип, но модели с другим управлением стоят гораздо дешевле, поэтому это необязательное условие для нормальной работы техники. К тому же механическое управление считается самым долговечным и надёжным. Рычаг не изнашивается в течение продолжительного времени, и его можно легко заменить. Смешанные виды используются в духовках с широким функционалом для более точного управления.

СВЧ с грилем

Это микроволновка СВЧ, в которую добавлен дополнительный нагревательный элемент, чтобы подрумянивать пищу. Это может быть трубчатый электронагреватель или кварцевая лампа в зависимости от модели. Чаще всего это волнообразно изогнутая трубка, которая расположена на верхней внутренней панели. Такая СВЧ-печь обеспечивает равномерный прогрев продуктов и запекание сверху, поэтому пища получается румяной, но сочной. Единственный недостаток таких моделей – высокое энергопотребление.

Несмотря на то что нагревательный элемент кварцевого СВЧ-гриля – стеклянная трубка, эта система позволяет получить блюдо с дымком, будто оно готовилось на открытом огне. Лампа может быть установлена как вверху, так и в боковых и нижних панелях, она не энергозатратная, но стоимость таких устройств высоковата.

Микроволновая печь с конвекцией

Принцип работы СВЧ печи с вентилятором – распространение тепла с движением воздуха. В них уже можно не только разогревать и размораживать пищу, но и полноценно её готовить, используя печь как духовой шкаф. Благодаря потоку воздуха высокая температура не поднимается, а циркулирует, обволакивая пищу, что ускоряет процесс готовки блюда.

На СВЧ-волны в микроволновке эта система не действует, только на тёплый воздух, поэтому она не изменяет их направление. Её можно уже использовать для мяса, запеканок, запекания овощей. Продукты из теста в ней лучше не готовить, ведь специфика нагрева в этой технике всё же отличается от стандартного духового шкафа.

С равномерным распределением микроволн

Это ещё одна новая модель, которая активно рекламируется на рынке бытовых микроволновок. Её преимущество в расположении магнетрона. Если в стандартных моделях он находится сбоку, то здесь его переместили вниз, чтобы микроволны распространялись по камере более равномерно. Над магнетроном располагается вращающийся разделитель волн, но при осмотре камеры его не видно. Эта конструкция обходится без стандартного поворотного столика, который ранее присутствовал в каждой микроволновой печи.

СВЧ с инвертором

Основное отличие этой модели от обычной бытовой микроволновки – отсутствие трансформатора. Он заменяется на электронный блок управления. Его габариты несколько меньше, поэтому приборы с одинаковым объёмом камер всё равно будут отличаться между собой. Принцип работы также будет немного иным. Конечно, в основе его стоит генерация волн в микроволновке магнетроном, но его распространение и регуляция разная.

Инверторный режим позволяет регулировать мощность, а не выбирать отдельный температурный диапазон. Стандартная микроволновая печь сделать это не позволяет. В результате этого процесса структура пищи меньше повреждается, она не пересушивается из-за излишнего микроволнового излучения.

Из-за такого изменения пища, приготовленная в инверторной печи, будет немного вкуснее, как поясняет производитель данного устройства. Но цена такой техники гораздо выше, поэтому при выборе бюджетных моделей попробовать её функционал не удастся.

Мини-микроволновки

Это модели соло, в которых не может быть гриля или конвектора ввиду небольших габаритов. Конечно, её производительность зависит от того, на какой частоте работает техника, но она не может похвастаться большим выбором режимов приготовления пищи. Чаще всего они не обладают богатым функционалом, подходят только для разогрева продуктов.

Их главное преимущество – компактность, благодаря которой техника не занимает много места на кухне. Принцип работы не отличается, он полностью построен на работе СВЧ-излучателя. Коэффициент полезного действия микроволновой печи с маленькими габаритами намного меньше, ведь в ней используется менее мощный магнетрон.

Достоинства и недостатки

Итак, пора сформулировать главные отличия СВЧ подогрева от классического:

1. Высокая скорость прогрева. Поскольку обработка высокочастотным (ВЧ) полем ведется одновременно по всему объему, продукт разогревается исключительно быстро — за считаные минуты.
2. Равномерный прогрев. Благодаря равномерному прогреву нет необходимости нагревать его внешний слой до повышенной температуры. Это исключает подгорание.
3. Возможность автоматизации приготовления. При использовании СВЧ печи отпадает необходимость следить за процессом — мешать, переворачивать и пр. Достаточно указать вес и тип заложенного продукта и описать необходимую операцию: прогрев, готовка и пр. Все остальное прибор сделает самостоятельно.
4. Невозможность обжарки. СВЧ поле, в отличие от сковороды или гриля, прогревает продукты равномерно, а значит не в состоянии их зажарить до хрустящей корочки.

Единственным, казалось бы, недостатком, присущим микроволновкам, является невозможность обжаривания, но и этот вопрос конструкторы решили, оснастив устройство обычными термоэлектронагревателями, как у электродуховки. С их помощью вы можете легко обжарить продукт. Кроме того, существуют так называемые тарелки Крусти, выполненные из специального материала, который безопасно разогревается токами СВЧ. Положите на такую тарелку отбивную и печка не только быстро ее приготовит, но и зажарит, поскольку этот поддон накаляется до 200 градусов.

Опасность и вред микроволновки

А теперь самый главный вопрос, который беспокоит едва ли не каждого владельца микроволновки: представляет ли прибор какую-либо опасность для окружающих? Существует множество мифов об опасности использования СВЧ технологий в быту. Основные из них:

1. Радиационная опасность.
2. Опасность электромагнитного излучения.
3. Плохое влияние СВЧ на качество приготовляемых продуктов.
4. Возможность физического поражения полем СВЧ.
5. Повышенная опасность поражения электрическим током высокого напряжения.

Радиационное поражение

Согласно этому мифу, все, кто находятся рядом с СВЧ печью, получают радиационное облучение. Более того, даже выключенная печка «лучит» не хуже чернобыльского трактора. Но если верить основам ядерной физики (все проходили ее в школе), радиацией, которую все так боятся и которая действительно представляет опасность, является ионизирующее излучение.

Взгляните на список, в котором перечислены виды электромагнитного излучения, расположенные в порядке убывания их длины волны:

1. радиоволны — 10 км — 0.1 мм;
2. инфракрасное излучение — 1 мм — 780 нм;
3. видимое излучение (свет) — 780 — 380 нм;
4. ультрафиолетовое излучение — 380 — 10 нм;
5. рентгеновское излучение — 10 — 5 пм;
6. жесткое (гамма) излучение — менее 5 пм.

Из всего списка только два последних пункта являются полноценным ионизирующим и частично ионизирующим — третий снизу (УФ свет). А оставлять после себя наведенную радиацию может только гамма-излучение. Длина волны электромагнитного поля микроволновой печи — 12 см. Гораздо логичнее бояться видимого света, излучаемого лампочкой Ильича, ионизирующая способность которой на 3 порядка выше излучения микроволновки. Но, несмотря на очевидное, лампочек не боится никто, микроволновых печей — почти все.

Меняет ли высокочастотное излучение свойства продуктов.

Бытует мнение, что, побывав в микроволновке, продукты меняют свою физическую структуру. Одни связи якобы разрушаются, другие появляются, меняется заряд, полюс, градус, память — все что угодно. После всего этого безобразия полезные продукты питания превращаются в яд.

Микроволновое излучение, как было сказано выше, воздействует на полярные молекулы, которыми являются молекулы воды. На сегодня науке достоверно известно, что вода — аморфное тело и вообще не имеет структуры, если не находится в замерзшем состоянии. Как может эта самая структура измениться, если у аморфного тела ее нет вовсе?

Рождение подобного мифа связано, скорее всего, с понятием «структурированная вода», которое появилось благодаря всевозможным лженаукам типа гомеопатии и «бизнесменам», продающим «заряжающие» подносы для воды и прочие чудеса техники параллельных миров.

Электрическим током

Насколько прибор электробезопасен.

Опасения, будто бы микроволновая печка опасна в плане поражения электрическим током, в принципе, понятны. Для работы магнетрона требуется источник высокого напряжения — порядка 4 кВ. Если добавить к этому еще и мощность современной микроволновки, которая может достигать киловатта, то весь ужас человека, далекого от электрики, становится понятным. Тем не менее этот же человек совершенно спокойно пользуется полуторакиловаттным пылесосом и двухкиловаттной электроплитой.

Вспомните обычный кинескопный телевизор, который служил нам не одно десятилетие и продолжает служить по сей день. Напряжение на ускоряющем аноде его кинескопа достигает 30 кВ. Это почти на порядок выше напряжения на магнетроне. Если вскрыть микроволновку, то можно и под напряжение попасть. Но и в телевизоре ведь задняя крышка всего на четырех винтах! А теперь подумайте: много у вас знакомых, убитых током злого телевизора? Таким образом микроволновая духовка в плане электробезопасности ничем не отличается от любого другого бытового прибора.

Вредно ли излучение микроволновки для организма.

Да, СВЧ вредны для человека. Но ведь масса современных устройств работает на той же частоте: Wi-Fi модем, мобильник, смартфон. Работа с ними считается безопасной. Так вредно микроволновое излучение или невредно? Вредно, но лишь при превышении определенного уровня. Ваш мобильник излучает, но мощность его передатчика невелика. Хоть вы и держите его у самого виска, периодические разговоры по телефону особого вреда здоровью не нанесут. Другое дело — микроволновая печка. Мощность ее «передатчика» достигает тысячи ватт.

Но, во-первых, в отличие от мобильника, излучение магнетрона направлено не во все стороны, а в рабочую камеру. Во-вторых, и это главное, камера, как и ее дверца, имеют специальное покрытие, предотвращающее выход излучения за пределы рабочей области. Конечно, покрытие не задерживает СВЧ на 100%, но этого и не нужно. Вы не держите микроволновку у виска, как телефон, и не пользуетесь ею, часами уткнувшись носом в дверцу. Кроме того, интенсивность СВЧ убывает пропорционально квадрату расстояния.

Что по этому поводу говорят цифры? Открываем медицинские документы, нормирующие максимально допустимое безопасное для человека СВЧ излучение и читаем: не более 10 мкВт/см.кв. Много это или мало? Самое время посмотреть на рисунок ниже:

Зависимость напряженности поля от расстояния до СВЧ печи.

У самой дверцы микроволновой печи напряженность электромагнитного поля достаточно высока — 5 мВт/см.кв. Но уже на дистанции в полметра оно ослабевает на два порядка, а на расстоянии в полтора метра ниже максимально допустимого уровня вдвое. Таким образом, если вы не сидите со включенной микроволновкой буквально в обнимку, а пользуетесь ею не круглые сутки, то за свое здоровье можете не опасаться. Но ведь дверцу можно открыть? Можно, только магнетрон сразу же отключится, поскольку имеет защиту «от дурака». Эта же защита не даст сунуть руку (а кое-кому и голову) в работающий прибор, дабы проверить его исправность «на ощупь».

Как только вы откроете дверцу, автоматика снимет питание с магнетрона.

Таким образом исправная микроволновая печь при соблюдении элементарных правил эксплуатации, подробно описанных в прилагаемой инструкции, абсолютно безопасна для человека.

Ремонт и устранение типовых неисправностей

Прежде чем приступить к ремонту микроволновой печи, рекомендуем ознакомиться с правилами техники безопасности — Меры техники безопасности при ремонте СВЧ печей.

Главным параметром, определяющим качество работы микроволновой печи, является выходная мощность магнетрона. Чтобы определить, соответствует ли работа магнетрона норме, необходимо взять мензурку емкостью 1 литр, секундомер и стеклянный термометр. Мензурку заполняют водой объемом 1 литр, измеряют температуру воды и устанавливают мензурку в микроволновую печь. Включают печь на 1 минуту в режиме полной мощности («High Power») и засекают время по секундомеру. После этого повторно измеряют температуру воды. Если разница температур до и после нагрева составляет не менее 8°С, то выходная мощность СВЧ генератора (магнетрона) соответствует норме. До начала проведения таких измерений рекомендуется проверить также напряжение питающей сети. Его понижение может привести к снижению выходной мощности.

Типовые неисправности микроволновых печей

Для выявления возможных неисправностей целесообразно использовать таблицы 2 — 5.

Таблица 2. Печь не включается для приготовления пищи

Таблица 3. При включении сгорают предохранители

Таблица 4. Другие неисправности

Таблица 5. Неисправности схемы блока управления (цифрового программирования — СЦП)

Правила безопасности

При использовании и ремонте любой бытовой техники нужно соблюдать правила безопасности. Их нарушение может не только вывести устройство из строя, но и навредить здоровью или жизни человека.

Правильно пользоваться микроволновкой легко:

• Если дверца открыта, то включать печь нельзя. Такое возможно при повреждении волновода или системы блокировки дверцы.
• Нельзя подключать снятый магнетрон, это опасно для жизни.
• Не стоит эксплуатировать печь со сломанными вентилятором, иначе это приведет к поломке магнетрона.
• Какие-либо действия с деталями микроволновки допустимы лишь после выключения из сети и полной принудительной разрядки высоковольтного конденсатора.
• Когда ремонт завершен, из волновода нужно удалить все предметы вне зависимости от их размера.
• Нельзя включать печь без нагрузки. Если нужно отработать ее в холостом режиме, то необходимо обязательно поставить какую-нибудь пищу. Ее можно заменить на емкость с водой.

При разборке следует фотографировать каждый шаг. Если возникнут проблемы со сборкой, то можно будет воспользоваться имеющимися фотографиями. Желательно запечатлеть изначальное положение и крепление всех деталей с помощью мобильных телефонов или цифровых фотоаппаратов.

Как вам статья?

Павел

Бакалавр "210400 Радиотехника" – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы