Микроволновые печи настолько тесно вошли в нашу повседневную жизнь, что сегодня сложно представить квартиру или дом, на кухне которого не было бы этого полезного прибора. Функционал СВЧ печей позволяет выполнять широкий спектр работ, связанных с термической обработкой пищи: размораживание, подогрев и даже подготовка. Возможно, вы этого не знали, но с помощью них также можно производить дезинфекцию тряпок и губок, не содержащих в составе металла. В статье мы рассмотрим, как микроволновые печи устроены и, каков принцип их работы.

Как это нередко бывает с полезными и гениальными изобретениями человечества, польза СВЧ волн для бытового применения была обнаружена совершенно случайно. Это произошло в 1942 году в компании «Райтеон», где физик Перси Спенсер изучал свойства устройств со сверхвысокочастотным излучением.

Согласно одной из версий, ученый случайно положил бутерброд на установку и обнаружил спустя пару минут, что тот прогрелся по всей толщине. Другая версия говорит, что у Спенсера в кармане растаяла плитка шоколада и он, осчастливленный своим открытием, тут же побежал в магазин– спустя некоторое время ученый наблюдал, как СВЧ волны за пару секунд превращают купленную им свежую кукурузу в попкорн.

В 1945 году Перси Спенсер запатентовал технологию использования сверхвысокочастотных волн в пищевой отрасли и через два года первые устройства, аналогичные современным микроволновкам, появились в американских военных госпиталях и столовых. Стоит отдельно сказать, что эти агрегаты, в отличие от современных, действительно напоминали печи, поскольку весили около 340 кг.

В дальнейшем разработку и вывод СВЧ печей на рынок бытовой техники взяла на себя компания Sharp, именно ей принадлежат основные революционные достижения в этой отрасли:

• в 1962 году они выпустили в серийное производство первую бытовую микроволновку;
• в 1966 – стали оснащать печи вращающейся подставкой-столом;
• в 1979 – выпустили первое устройство с микропроцессорным управлением;
• в 1999 – создали первую модель микроволновой печи с возможностью выхода в Интернет.

Сегодня на рынке бытовой техники представлено огромное множество микроволновок с самым разным функционалом, однако все они просты, экономичны и безопасны для здоровья.

Как это работает?

Наверняка многих из нас хотя бы раз в жизни интересовало, на чем основан принцип работы микроволновой печи и как так получается, что продукты, помещенные в неё, довольно быстро прогреваются.

Дело в том, что продукты, используемые нами для приготовления еды, в различных пропорциях содержат воду, жир, минеральные компоненты, сахар. Все эти вещества содержат в своей структуре диполярные молекулы – это означает, что один из их концов положительно заряжен, а другой – отрицательно. В мясе, злаках, овощах и вообще любых продуктах питания содержится огромное количество таких молекул.

Вспомним физику – при отсутствии электрического поля диполярные молекулы находятся в беспорядочном положении. Как только вещество оказывается под воздействием электрического поля молекулы перестраиваются, и «укладываются» согласно направлению силовых линий: положительно заряженные концы – в сторону «плюсового» полюса, а отрицательные – к «минусовому». Соответственно, при изменении полярности электрического поля, молекулы начнут «разворачиваться» на 180˚. На данном явлении и основывается принцип работы микроволновой печи.

Итак, в среднем, рабочая частота микроволновой печи составляет 2,45 гигагерц. Это значит, что за одну секунду совершается 1 000 000 колебаний (переключений). За одно такое переключение полярность электрического поля внутри микроволновки меняется дважды – с «плюса» на «минус» и обратно. Простой математический расчет говорит нам, что за одну секунду электрическое поле, в которое мы помещаем еду, 4,9 миллиона раз меняет полярность. Именно поэтому эти устройства называют СВЧ печами – расшифровка аббревиатуры открывает слово «сверхвысокочастотные». Фактически мы заставляем молекулы вращаться с очень большой скоростью, в результате трения которых друг от друга и выделяется тепло. Под воздействие электрического поля попадают верхние 1-3 см вещества, от которых тепло распространяется вглубь. Именно поэтому для приготовления некоторых продуктов в микроволновой печи рекомендуется не включать ее «на полную», а выбрать среднюю мощность и увеличить продолжительность обработки.

Как устроена СВЧ печь?

Бытовая микроволновка состоит из следующих функциональных частей:

• металлическая камера с металлической дверцей, в которую помещаются продукты для разогрева;
• магнетрон – устройство, излучающее СВЧ волны;
• трансформатор для питания магнетрона;
• управляющие и коммутационные цепи;
• волновод, передающий излучение, созданное на магнетроне в камеру.

Кроме того, в конструкцию печи входят следующие компоненты, не влияющие на сам процесс разогрева, но служащие для улучшения работы устройства:

• вращающаяся подставка для равномерного воздействия волн;
• схема, обеспечивающая работу таймера;
• схема безопасности, блокирующая работу устройства в различных ситуациях (например, при открытии дверцы);
• вентилятор, необходимый для проветривания камены и охлаждения магнетрона.

Как работает магнетрон?

Магнетрон – это основное устройство микроволновой печи, который и излучает необходимые для разогрева СВЧ волны. Фактически он представляет собой высокочастотный электровакуумный диод с цилиндрическим анодом из меди. С внутренней стенки этот анод разделен на несколько секторов с медными стенками.

Катод, выполненный в виде стержня, составляет центр этой конструкции (ознакомьтесь с рисунком) Благодаря нити накала, размещенной внутри него, осуществляется эмиссия электронов. С торцевых сторон устройства располагаются мощные магниты кольцевой формы. С помощью магнитного поля, создаваемого ими внутри магнетрона, происходит генерация сверхвысокочастотного излучения.

Во время работы на анод подается напряжение величиной в 4 кВ, на нить – всего 3 В. Это провоцирует эмиссию электронов, подхватываемых высоконапряженным электрическим полем. Частота генерации магнетрона определяется величиной напряжения анода и геометрией резонаторных камер.

Для съема энергии используется специальная проволочная петля, идущая от катода на излучатель в виде антенны. От нее через волноотвод СВЧ волны попадают в основную камеру. Выходная мощность магнетронов, устанавливаемых в бытовых микроволновых печах, составляет, как правило, 800 ватт.

Для уменьшения интенсивности работы магнетрона схема управления включает его на небольшие временные промежутки, с паузами между ними. Так, например, для того, чтобы выходная мощность магнетрона составила 50% (400 Вт), необходимо осуществлять его поочередное включение и отключение через каждые 5 секунд. Такой принцип контроля называют широтно-импульсной модуляцией.

Работа магнетрона сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому для предотвращения перегрева его оснащают пластинчатым радиатором, на который постоянно подается воздух от вентилятора.

Термопредохранитель

Температурная перегрузка (перегрев) является самой распространенной причиной выхода магнетронов из строя, поэтому на них устанавливают термопредохранители или термореле. Особую важность он имеет для СВЧ печей с функциями, предусматривающими длительную работу магнетрона, например, гриль.

Конкретное устройство подбирается исходя из номинальных температурных показателей, которые нанесены на их корпус.

Принцип их работы довольно прост:

• Термореле имеет алюминиевый корпус и устанавливается на месте, температуру которого необходимо контролировать, с помощью фланцевого соединения, обеспечивая непосредственный тепловой контакт.
• Биметаллическая пластина, расположенная внутри предохранителя, заранее настроена на срабатывание по заданной температуре.
• Как только устройство нагревается до указанного предела, пластинка изгибается и с помощью толкателя разрывает соединение на пластинах контактной группы, в результате чего прекращается питание СВЧ печи.
• По мере остывания устройства биметаллическая пластина принимает свою прежнюю форму, толкатель возвращается в начальное положение и контактная группа снова замыкается, подавая питание.

Важность вентилятора

Одной из важнейших частей любой СВЧ печи является встроенный вентилятор. Благодаря ему охлаждается не только магнетрон, но и вся остальная схема.

Использование одного только термореле для предотвращения перегрева компонентов микроволновки недостаточно. Во-первых, это приведет к постоянному срабатыванию термопредохранителя и включению-отключению магнетрона, что негативно скажется не только на нем, но и на других устройствах. Во-вторых, в некоторых микроволновках термореле просто не сможет справиться с нагревом – в приборах с функцией гриля без вентилятора никак не обойтись.

Во время работы микроволновой печи большое количество тепла выделяется не только компонентами, входящими в её конструкцию, но и разогреваемыми продуктами. А поскольку основной «целью» СВЧ волн является вода, разогрев сопровождается также выделением пара. Вентилятор позволяет избавиться от лишнего влажного воздуха, нагнетая в камеру свежий. Благодаря этому выделяющийся пар выходит через вентиляционные отверстия наружу.

В СВЧ печах с одним вентилятором, расположенным в задней части прибора, от него идут специальные воздуховоды, несущие свежий воздух сначала на магнетрон, а затем – внутрь камеры.

Система защиты

Мощное высокочастотное излучение магнетрона может нанести непоправимый урон человеческому (и не только) здоровью, поэтому особое внимание в современных моделях микроволновых печей уделяется предотвращению данной опасности.

Для защиты пользователя и других живых существ от вредного излучения камеры микроволновок изготавливают из экранированного металла. А поскольку сама камера также помещена в металлический корпус, фактически осуществляется двухуровневая изоляция СВЧ излучения.

Вы можете задать вполне резонный вопрос: а представляет ли опасность стеклянная дверца, через которую мы наблюдаем за готовностью блюда? Не является ли она «прорехой» в этой обороне? Будьте спокойны – стекло покрывается специальной мелкоячеистой металлической сеткой, отражающей испускаемое магнетроном излучение с частотой до 2,45 ГГц (с длиной волны до 122 мм) обратно в камеру.

Немаловажное значение имеет то, как плотно дверца закрывается и прилегает к корпусу. Зазор между её пазом и корпусом специально замеряется на заводе (он равен ¼ длины волны, например, 122/4=30,5мм) и должен сохраняться на протяжении всего срока эксплуатации. Это расстояние способствует образованию стоячей электромагнитной волны, которая не выходит за пределы устройства по той причине, что амплитудное значение в месте соприкосновения корпуса и дверцы равно нулю. Такая простая и эффективная схема организации защиты от излучения известна как СВЧ-дроссель.

Что происходит при открывании дверцы?

Бытует мнение, что при открывании дверцы микроволновки в момент работы на пользователя обрушивается опасное высокочастотно излучение, оказывающее большой вред на организм. В действительности это лишь миф – схема управления магнетроном включает в себя несколько переключателей, реагирующих на состояние дверцы. Их количество зависит от конкретной модели, но обычно их как минимум три. Один отвечает за отключение магнетрона в момент открывания дверцы, второй – за подсветку, а третий передает в микропроцессор информацию о том, в каком положении находится дверца. Работа этих переключателей организована так, что магнетрон может работать только при плотно закрытой дверце микроволновки.

Блок управления

Самую важную роль в работе любой микроволновки играет блок управления. Фактически он является мозгом печи, осуществляющим две базовые функции:

• поддерживает значение мощности на заданном уровне;
• завершает работу прибора по истечению заданного отрезка времени.

Схема блока управления старых моделей представляла собой конструкцию из двух переключателей, один из которых служил для установки таймера, а другой – для выбора интенсивности обработки. По мере развития технологий усовершенствовалась и «начинка» микроволновок – на смену электромеханическим блокам управления пришли электронные, которые на сегодняшний день уже вытеснены микропроцессорными. Их преимущество заключается не только в компактности, но и в более широком функционале, включающем:

• настройка мощности с помощью сенсорной или кнопочной клавиатуры;
• отображение текущей мощности на дисплее;
• встроенные часы;
• многочисленные предустановки для приготовления различных блюд и выполнения специфических задач (несколько режимов разморозки для продуктов разного типа);
• автоматические расчеты – к примеру, вы вводите лишь вес размораживаемого куска мяса, а печь сама подбирает для него мощность;
• большой выбор звуковых сигналов завершения рабочего цикла.

Для питания управляющей схемы используется отдельный блок питания. Для передачи сигналов и команд между блоком, клавиатурой, магнетроном, грилем, лампой и вентилятором служит релейный блок. Для подключения к схеме других компонентов (индикация, клавиатура), используются шлейфы.

Инверторная технология

Многие потребители при выборе микроволновой печи стараются найти модель с большим объемом камеры, чтобы обеспечить максимальную универсальность. К сожалению, функциональные элементы часто занимают большую часть всего объема устройства, соответственно, размер печи большой, но её полезный объем маленький. Эта проблема была одной из основных до появления инверторных печей.

Данная технология позволяет существенно уменьшить занимаемое магнетроном место за счет использования компонентов меньшего размера. Это позволяет создавать камеры большего размера, сохраняя габариты всей микроволновки в пределах принятых стандартов.

Инверторная технология кардинально выделяется тем, что в таких СВЧ печах излучатель не должен постоянно работать на предельной мощности, в отличие от классических магнетронов. Интенсивность обработки регулируется импульсным путем, благодаря чему на пищу не попадают мощные скачки СВЧ энергии, что влияет на ее качество. Исследованиями подтверждено, что капуста, обработанная в инверторной микроволновке, удерживает на треть больше витамина C, а свинина сохраняет на 41% больше витамина B1.

Помимо компактности и полезности инверторные СВЧ печи являются и более экономичными устройствами, благодаря использованию только того количества электроэнергии, которое необходимо для поддержания выбранной мощности. Тонкая импульсная настройка режима работы служит и ускорению размораживания продуктов.

На сегодняшний день флагманов в применении данной технологии является компания Panasonic, которая как раз и выпустила первую инверторную СВЧ печь.

Мифы о микроволновом излучении

Существует несколько прочно устоявшихся заблуждений по поводу вредности и опасности использования СВЧ-печей. В действительности, большинство (как правило, все) ошибочны. Ниже перечислены типичные мифы о микроволновках, которые на самом деле не стоят вашего беспокойства.

1. Микроволновка способна вывести из строя электрически приборы, расположенные в нескольких метрах от неё, если будет оставаться включенной продолжительное время. На самом деле, современные СВЧ-печи полностью защищены от выхода излучения за пределы камеры. Минимальное излучение, которое и может быть в непосредственной близости у прибора, не превышает излучение компьютерного системного блока.
2. СВЧ-печи могут стать причиной возникновения у пользователя аллергии на электромагнитные волны. Это просто невозможно. В мире есть лишь несколько человек с таким редким заболеванием и его причины никак не связаны с использованием микроволновки. Вообще, ни один бытовой прибор не создает настолько опасное излучение, поскольку все модели проходят сертификацию безопасности.
3. Продукты становятся радиоактивными под воздействием СВЧ-волн. Это тоже неверно. Сверхвысокочастотное излучение микроволновки является неионизирующим, поэтому не изменяет свойства еды. Также неверно и утверждение о канцерогенности продуктов, подверженных СВЧ-обработке – микроволны имеют абсолютно другой принцип действия, нежели рентгеновские лучи и, еще раз, никак не могут влиять на свойства продуктов.
4. Микроволны представляют высокую опасность для здоровья. Об этом уже было частично сказано – непосредственное воздействие сверхвысокочастотного излучения действительно губительно для тканей, однако при соблюдении правил эксплуатации микроволновки вы никогда не будете подвержены такому воздействию. Фактически, излучение от СВЧ-печи представляет лишь малую долю в общее электромагнитное поле, в котором мы находимся, пользуясь многочисленными другими бытовыми приборами.

Просто помните, что дверца печи должна плотно закрываться, а корпус — быть целым, а также не касайтесь работающей микроволновки руками и другими частями тела и можете быть спокойны – на расстоянии полуметра от прибора вы подвергаетесь не большему электромагнитному облучению, чем при просмотре телевизора.

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.
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.

Вишняков Василий Николаевич 983

Микроволновая печь давно заняла свое место на кухне квартиры или частного дома, в комнате отдыха современного офиса и за барной стойкой небольших кафе. Простота использования создает обманчивое впечатление простоты конструкции, и мало кто задумывается о принципах работы такого привычного бытового прибора.

Цены в интернет-магазинах:

		entero.ru	8 610 Р
		entero.ru	35 800 Р
		whitegoods.ru	12 234 Р

Немного физики

Испокон веков эфир пронизывали десятки видов электромагнитного излучения. Свет солнца и звезд, тепло, идущее от костра и таинственный ультрафиолет, придающий коже бронзовый или шоколадный оттенок – лишь разные проявления одного и того же физического процесса.

Разные длины волн по-разному воздействуют на органы чувств человека, о существовании многих можно догадаться лишь по косвенным признакам. Видимый свет (длина волны от 380 до 780 нм) вызывает химические реакции в клетках сетчатки, формируя картину окружающего мира. Согревающее тепло костра (от 2,5 до 2000 мкм) невидимо глазу, но поглощается поверхностью кожи, даря ощущение уюта и покоя.

Волны дециметрового диапазона, с длиной волны от 10 до 100 см и частотой от 300 МГц до 3 ГГц лучше всего поглощаются полярными молекулами воды. Попадая в зону действия электромагнитного поля, молекулы Н2О выстраиваются в упорядоченные структуры, расположенные вдоль силовых линий. Так как поле переменное, то и молекулы постоянно перестраиваются, соударяясь между собой и передавая свои колебания «соседям». И при чем же здесь разогрев? А при том, что температура любого тела, однородного или нет, прямо пропорционально зависит от кинетической энергии его атомов и молекул. Чем интенсивнее колебательные движения – тем выше температура. Такой процесс преобразования энергии электромагнитных колебаний в тепловую энергию физического тела носит название «дипольный сдвиг».

А так как больше всего воды – до 98% массы – содержит животная и растительная органика, волны дециметрового диапазона более всего подходят для разогрева, а следовательно, и приготовления пищи.

Цены в интернет-магазинах:

		whitegoods.ru	114 200 Р
		entero.ru	11 646 Р
		securitymag.ru	33 395 Р

Как устроена микроволновка?

Сердцем всей конструкции является излучатель дециметровых волн или магнетрон. По сути, это мощная электронная лампа, дополненная внешним источником магнитного поля. Электроны, направляясь от катода к аноду, отклоняются под действием постоянного внешнего магнитного поля, двигаясь по все более и более искривленной орбите. Образованные таким образом электронные облака имеют в своей структуре дефекты или «червоточины», появление и исчезновение которых сопровождается генерацией электромагнитной волны. Магнетрон бытовой микроволновой печи излучает волну частотой 2450 МГц. Данная частота наиболее полно поглощается молекулами Н2О, что было установлено экспериментальным путем.

За обеспечение энергией магнетрона отвечает высоковольтный трансформатор - устройство, способное преобразовывать переменный ток стандартной бытовой сети в постоянный ток высокого напряжения. Вывод излучения в рабочую камеру осуществляется через волновод магнетрона – отверстие в рабочей камере лампы, закрытое прозрачным для данной длины волны материалом.

Рабочая камера микроволновой печи металлическая, снабженная герметично закрывающейся металлизированной дверцей. Как правило, оснащена также вращающимся столиком, предназначенным для равномерного разогрева продуктов.

Есть тут и блок управления, отвечающий за выбор мощности и продолжительности работы магнетрона. Интересно реализована регулировка мощности печи. Магнетрон выдает постоянное количество энергии в единицу времени. Изменение мощностных характеристик достигается определенным количеством включений и выключений излучателя в минуту. Такой метод называется широтно-импульсной модуляцией. В зависимости от модели, микроволновая печь может оснащаться кварцевым или тэновым грилем и нагнетающим вентилятором для реализации конвекционного режима приготовления продуктов.

Цены в интернет-магазинах:

		refro.ru	92 050 Р

Немного истории

Патент на первый магнетрон был выдан в 1924 году чешскому физику А. Жачеку. Вскоре после этого действующие модели были созданы в СССР и Японии. Долгое время магнетроны использовались как источники радиоволн сантиметрового диапазона для радарных систем.

Патент на первую микроволновую печь получил американский физик Перси Спенсер. Работая в лаборатории над усовершенствованием радарной системы, Спенсер забыл свой бутерброд на включенном магнетроне. Спустя какое то время его внимание привлек аппетитный запах поджаренного хлеба, сыра и бекона.

В 1949 году началось серийное производство СВЧ печей по военному заказу. Первая модель была высотой в рост человека, весила 340 килограмм и стоила до 3000 долларов. При мощности 3 кВт, она использовалась исключительно для быстрой разморозки продуктов.

В СССР первые микроволновые печи появились в начале 80-х годов двадцатого столетия. Производство было налажено на заводах ЗИЛ и Южмаш. Позже выпуск освоил Тамбовский «Электроприбор» и Днепровский машиностроительный завод.

Midea Микроволновая печь AM820CWW-W Electrozon 4 390 Р

Легенды и мифы, связанные с микроволновкой

Как и всякий, широко распространенный бытовой прибор, микроволновка приобрела не только сторонников, но ярых противников всякой «чертовщины». В их устах ни в чем не повинный кусок жести и моток проводов приобрел воистину ужасные свойства, о которых и не подозревал бедный Перси Спенсер.

• Микроволновая печь превратится в бомбу, если внутрь поместить любой железный предмет и нажать на кнопку включения. Неправда, просто в рабочей камере забегают красивые, но абсолютно безопасные искорки, спровоцированные блуждающими токами Фуко.
• Если включить печку при открытой или негерметично закрытой дверце, мощное СВЧ излучение уничтожит всю электронику в радиусе нескольких метров. Неправда, не рекомендуется только готовить мобильники в микроволновке, да и то из-за трудновыводимого запаха сгоревшей пластмассы.
• Яйца в скорлупе нельзя варить в микроволновой печи. Нет, можно. Правда, трудновато потом отмывать рабочую камеру. Пар, образовавшийся от закипания белка и желтка, разорвет скорлупу и раскидает содержимое по всему объему печи.

И в завершение

Надеемся, что после прочтения данного материала читатель стал яснее понимать физические принципы, лежащие в основе работы микроволновой печи. Что, в свою очередь, позволит избавиться от смешных, но таких живучих страхов и фобий перед обычным и крайне полезным бытовым прибором!

Рассказать друзьям

Главная деталь в любой СВЧ печи - это магнетрон. Магнетрон - это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри. Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor (Turntable motor ).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M (Fan motor ), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это "мозги" микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board . Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор . На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле : RELAY1 , RELAY2 , RELAY3 . Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи - это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor ), ТЭН гриля (Grill Heater ), лампа подсветки O.L (Oven Lamp ).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer ). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 - 2000 Вт (1,5 - 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 - 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor ) и диоде (H.V. Diode ) создаёт постоянное напряжение в 4kV для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80 0 - 100 0 C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT (устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT (контролирует температуру гриля).

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом - на температуру отключения 120 - 145 0 С.

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH - главный выключатель, SECONDARY SWITCH - вторичный выключатель). Третий - MONITOR SWITCH (контрольный выключатель) - размыкает свои контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр - NOISE FILTER .

Дополнительные элементы микроволновки.

Кроме базовых элементов конструкции, микроволновка может быть оснащена грилем и конвектором. Гриль может быть выполнен в виде нагревательного элемента (ТЭН"а) или инфракрасных кварцевых ламп. Эти элементы микроволновки очень надёжны и редко выходят из строя.

Нагревательные элементы гриля: металло-керамический (слева) и инфракрасный (справа).

Инфракрасный нагреватель представляет собой 2 последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500 - 600W).

В отличие от микроволнового нагрева, который происходит изнутри, гриль создаёт тепловое излучение, которое разогревает пищу снаружи внутрь. Гриль разогревает пищу медленнее, но без него невозможно приготовить поджаристую курочку .

Конвектор - это, не что иное, как вентилятор внутри камеры, который работает в паре с нагревателем (ТЭН"ом). Вращение вентилятора обеспечивает циркуляцию горячего воздуха в камере, что способствует равномерному прогреву пищи.

Про фьюз-диод, высоковольтный конденсатор и диод.

Элементы в цепи питания магнетрона обладают интересными свойствами, которые нужно учитывать при ремонте микроволновки.

Для тех, кто желает более детально разобраться в устройстве СВЧ-печей, подготовлен архив с сервисными инструкциями микроволновых печей (Daewoo, SANYO, Samsung, LG). В инструкции приведены принципиальные схемы, схемы разборки, рекомендации по проверке элементов, список комплектующих.