Микроволновая печь - Microwave oven

Современная микроволновая печь (2016)
Внутри бывшей в употреблении СВЧ-печи - фото на 360 °
( просмотр в виде интерактивной панорамы на 360 ° )

Микроволновой печи (обычно называемый как микроволновая печь ) представляет собой электрическую печь , которая нагревает и готовит пищу, подвергая его воздействию электромагнитного излучения в СВЧ - частотном диапазоне. Это заставляет полярные молекулы в пище вращаться и производить тепловую энергию в процессе, известном как диэлектрический нагрев . Микроволновые печи нагрев пищевых продуктов быстро и эффективно , так как возбуждение достаточно однородное по наружной 25-38 мм (1-1,5 дюйма) от более однородного , высокой воды содержания элемента питания.

Развитие магнетрона с резонатором в Великобритании сделало возможным производство электромагнитных волн достаточно малой длины ( микроволны ). Американский инженер Перси Спенсер , как правило , приписывают изобретение современных микроволновой печи после Второй мировой войны от радиолокационной технологии , разработанной во время войны. Названный «Radarange», он был впервые продан в 1946 году.

Позже Raytheon лицензировала свои патенты на микроволновую печь для домашнего использования, которая была представлена Tappan в 1955 году, но она все еще была слишком большой и дорогой для обычного домашнего использования. Sharp Corporation представила первую микроволновую печь с вращающимся подносом в период с 1964 по 1966 год. Приставная микроволновая печь была представлена ​​в 1967 году корпорацией Amana . После того, как в конце 1970-х годов микроволновые печи стали доступны для домашнего использования, их использование распространилось на коммерческие и жилые кухни по всему миру. Помимо приготовления пищи, микроволновые печи используются для нагрева во многих промышленных процессах.

Микроволновые печи являются обычным кухонным прибором и популярны для разогрева ранее приготовленных продуктов и приготовления разнообразных блюд. Они быстро нагревают продукты, которые могут легко подгореть или стать комковатыми при приготовлении на обычных сковородах, таких как горячее масло, жир, шоколад или каша . Микроволновые печи обычно не подрумянивают или не карамелизируют пищу, так как они редко достигают температуры, необходимой для реакции Майяра . Исключение составляют случаи, когда духовка используется для нагрева масла для жарки и других маслянистых продуктов (например, бекона), которые достигают гораздо более высоких температур, чем кипящая вода.

Микроволновые печи играют ограниченную роль в профессиональной кулинарии, потому что диапазон температур кипения микроволновой печи не вызывает ароматных химических реакций, которые могут возникнуть при жарке, подрумянивании или запекании при более высокой температуре. Однако такие мощные источники тепла могут быть добавлены в микроволновые печи в виде конвекционных микроволновых печей.

История

Ранние разработки

Демонстрация Westinghouse приготовления бутербродов с помощью коротковолнового радиопередатчика 60 МГц на Всемирной выставке в Чикаго в 1933 году

Использование высокочастотных радиоволн для нагрева веществ стало возможным благодаря разработке ламповых радиопередатчиков примерно в 1920 году. К 1930 году применение коротких волн для нагрева человеческих тканей превратилось в медицинскую терапию диатермией . На Всемирной выставке в Чикаго в 1933 году компания Westinghouse продемонстрировала приготовление пищи между двумя металлическими пластинами, подключенными к коротковолновому передатчику мощностью 10 кВт и частотой 60 МГц . Команда Westinghouse, возглавляемая И. Ф. Муромцевым, обнаружила, что такие продукты, как стейки и картофель, можно приготовить за считанные минуты.

В заявке на патент США 1937 г., поданной Bell Laboratories, говорится:

Настоящее изобретение относится к системам нагрева диэлектрических материалов, и цель изобретения состоит в том, чтобы нагревать такие материалы равномерно и по существу одновременно по всей их массе. ... Поэтому было предложено нагревать такие материалы одновременно по всей их массе за счет диэлектрических потерь, возникающих в них, когда они подвергаются воздействию высокого напряжения и высокочастотного поля.

Однако низкочастотный диэлектрический нагрев , как описано в вышеупомянутом патенте, является (как и индукционный нагрев ) эффектом электромагнитного нагрева, результатом так называемых эффектов ближнего поля, которые существуют в электромагнитной полости, которая мала по сравнению с длиной волны. электромагнитного поля. В этом патенте предлагается радиочастотный нагрев от 10 до 20 мегагерц (длина волны от 30 до 15 метров соответственно). Нагрев от микроволн, длина волны которых мала по сравнению с резонатором (как в современной микроволновой печи), происходит из-за эффектов "дальнего поля", которые возникают из-за классического электромагнитного излучения , описывающего свободно распространяющийся свет, и микроволны, достаточно далеко от их источника. . Тем не менее, первичный нагревательный эффект всех типов электромагнитных полей как на радиочастотах, так и на микроволновых частотах происходит через эффект диэлектрического нагрева, так как на поляризованные молекулы действует быстро меняющееся электрическое поле.

Полость магнетрона

Изобретение магнетрона с резонатором сделало возможным получение электромагнитных волн достаточно малой длины ( микроволны ). Магнетрон был важным компонентом в разработке коротковолновых радаров во время Второй мировой войны . В 1937–1940 годах британский физик сэр Джон Туртон Рэндалл, FRSE и его сотрудники построили многорезонаторный магнетрон для британских и американских военных радарных установок во время Второй мировой войны. Потребовался сверхмощный микроволновый генератор, работающий на более коротких длинах волн , и в 1940 году в Бирмингемском университете в Англии Рэндалл и Гарри Бут создали рабочий прототип. Они изобрели клапан, который мог генерировать импульсы микроволнового излучения на длине волны 10 см, что стало беспрецедентным открытием.

Сэр Генри Тизард отправился в США в конце сентября 1940 года, чтобы предложить магнетрон в обмен на их финансовую и промышленную помощь (см. Миссия Тизарда ). Ранняя 6-киловаттная версия, построенная в Англии исследовательскими лабораториями General Electric Company в Уэмбли , Лондон, была передана правительству США в сентябре 1940 года. Позже американский историк Джеймс Финни Бакстер III описал магнетрон как «самый большой». ценный груз, когда-либо доставленный к нашим берегам ». Были заключены контракты с Raytheon и другими компаниями на серийное производство магнетрона.

Открытие

Микроволновые печи, некоторые из 80-х

В 1945 году нагревательный эффект мощного микроволнового луча был случайно обнаружен Перси Спенсером , американским инженером-самоучкой из Хауленда, штат Мэн . Работавший в то время в Raytheon , он заметил, что микроволны от активного радара, над которым он работал, начали плавить плитку шоколада, которая была у него в кармане. Первым блюдом, намеренно приготовленным в микроволновой печи Спенсера, был попкорн, а вторым - яйцо, которое взорвалось на глазах у одного из экспериментаторов.

Чтобы проверить свое открытие, Спенсер создал электромагнитное поле высокой плотности, подавая микроволновую энергию из магнетрона в металлический ящик, из которого у него не было возможности выбраться. Когда пищу помещали в коробку с микроволновой печью, температура пищи быстро повышалась. 8 октября 1945 года компания Raytheon подала заявку на патент США на процесс приготовления в микроволновой печи Спенсера, и печь, которая разогревала пищу с помощью микроволновой энергии из магнетрона, вскоре была помещена в ресторан Бостона для тестирования.

Еще одно раннее открытие технологии микроволновой печи было сделано британскими учеными, которые в 1950-х годах использовали ее для реанимации криогенно замороженных хомяков .

Коммерческая доступность

Raytheon RadaRange на борту атомного грузового корабля NS Savannah , установленного около 1961 года.

В 1947 году компания Raytheon построила «Radarange», первую коммерчески доступную микроволновую печь. Он был почти 1,8 метра (5 футов 11 дюймов) в высоту, весил 340 килограммов (750 фунтов) и стоил около 5000 долларов США (58000 долларов в долларах 2020 года) каждый. Он потреблял 3 киловатта, что примерно в три раза больше, чем сегодняшние микроволновые печи, и имел водяное охлаждение. Это имя было победителем конкурса сотрудников. Ранний Radarange был установлен (и остается) на камбузе атомного пассажирского / грузового корабля NS Savannah . Ранняя коммерческая модель, представленная в 1954 году, потребляла 1,6 киловатт и продавалась по цене от 2000 до 3000 долларов США (от 19000 до 29000 долларов в долларах 2020 года). Компания Raytheon передала лицензию на свою технологию компании Tappan Stove из Мэнсфилда, штат Огайо, в 1952 году. По контракту с Whirlpool, Westinghouse и другими крупными производителями бытовой техники, стремящимися добавить соответствующие микроволновые печи к своей линейке обычных духовок, Tappan произвела несколько вариантов своей встроенной модели. примерно с 1955 по 1960 год. Из-за технического обслуживания (некоторые агрегаты с водяным охлаждением), внутренних требований и стоимости (1295 долларов США (13000 долларов в долларах 2020 года)) продажи были ограничены.

Японская корпорация Sharp начала производство микроволновых печей в 1961 году. Между 1964 и 1966 годами Sharp представила первую микроволновую печь с поворотным столом, альтернативное средство для обеспечения более равномерного нагрева пищи. В 1965 году Raytheon, стремясь расширить свою технологию Radarange на внутренний рынок, приобрела Amana , чтобы расширить производственные мощности. В 1967 году они представили первую популярную домашнюю модель, столешницу Radarange, по цене 495 долларов США (4000 долларов в долларах 2020 года). В отличие от моделей Sharp, мешалка с приводом от двигателя в верхней части камеры духовки вращалась, позволяя продуктам оставаться в неподвижном состоянии.

В 1960-х Литтон купил активы компании Studebaker Franklin Manufacturing, которая производила магнетроны, а также строила и продавала микроволновые печи, подобные Radarange. Литтон разработал новую конфигурацию микроволновой печи: укороченная широкая форма, которая сейчас является обычным явлением. Подача магнетрона также была уникальной. В результате получилась печь, которая могла выдержать состояние холостого хода: пустая микроволновая печь, в которой нечему поглощать микроволны. Новая печь была продемонстрирована на торговой выставке в Чикаго и помогла начать быстрый рост рынка домашних микроволновых печей. Объем продаж 40 000 единиц для промышленности США в 1970 году вырос до одного миллиона к 1975 году. Проникновение на рынок Японии было еще более быстрым из-за менее дорогого модернизированного магнетрона. К рынку присоединились еще несколько компаний, и какое-то время большинство систем создавалось оборонными подрядчиками, которые были наиболее знакомы с магнетроном. Литтон был особенно известен в ресторанном бизнесе.

Жилое использование

Комбинированные микроволновые диапазоны, которые сегодня редки, предлагались основными производителями бытовой техники на протяжении большей части 1970-х годов как естественное развитие технологии. И Tappan, и General Electric предлагали устройства, которые выглядели как обычные плиты / духовки, но включали микроволновую печь в обычную духовку. Такие диапазоны были привлекательными для потребителей, поскольку и микроволновая энергия, и обычные нагревательные элементы могли использоваться одновременно для ускорения приготовления пищи, а пространство на столешнице не терялось. Предложение также было привлекательным для производителей, поскольку дополнительные затраты на компоненты могли быть лучше покрыты по сравнению с прилавками, цены на которые все более зависели от рынка.

К 1972 году Litton (Litton Atherton Division, Миннеаполис) представил две новые микроволновые печи по цене 349 и 399 долларов, чтобы выйти на рынок, который к 1976 году оценивается в 750 миллионов долларов, по словам Роберта И. Брудера, президента подразделения. Хотя цены оставались высокими, домашним моделям продолжали добавляться новые функции. Компания Amana представила автоматическое размораживание в 1974 году на своей модели RR-4D, а в 1975 году первой предложила цифровую панель управления с микропроцессорным управлением для своей модели RR-6.

1974 г. Радаранге РР-4 . К концу 1970-х технический прогресс привел к быстрому падению цен. Часто называемые «электронными духовками» в 1960-х годах, название «микроволновая печь» позже получило распространение, и теперь их неофициально называют «микроволновыми печами».

В конце 1970-х годов произошел взрыв недорогих моделей столешниц от многих крупных производителей.

Ранее использовавшиеся только в крупных промышленных предприятиях, микроволновые печи все чаще становились стандартным элементом бытовых кухонь в развитых странах . К 1986 году примерно 25% домашних хозяйств в США имели микроволновые печи по сравнению с примерно 1% в 1971 году; Бюро статистики труда США сообщило, что в 1997 году более 90% американских домохозяйств имели микроволновые печи. В Австралии исследование рынка 2008 года показало, что 95% кухонь имеют микроволновые печи и 83% из них используются ежедневно. В Канаде менее 5% домашних хозяйств имели микроволновые печи в 1979 году, но более 88% домашних хозяйств владели ими к 1998 году. Во Франции 40% домашних хозяйств имели микроволновые печи в 1994 году, но это число увеличилось до 65%. к 2004 г.

В менее развитых странах внедрение происходит медленнее , поскольку домохозяйства с чистым доходом концентрируются на более важных бытовых приборах, таких как холодильники и духовки. В Индии , например, только около 5% домашних хозяйств владели микроволновой печью в 2013 году, что значительно меньше, чем у холодильников с долей владения 31%. Однако все большую популярность набирают микроволновые печи. В России, например, количество домашних хозяйств, имеющих микроволновую печь, выросло с почти 24% в 2002 году до почти 40% в 2008 году. Почти вдвое больше домашних хозяйств в Южной Африке имели микроволновые печи в 2008 году (38,7%) по сравнению с 2002 годом (19,8%). %). В 2008 г. доля владельцев микроволновых печей во Вьетнаме составляла 16% домохозяйств по сравнению с 30% владельцев холодильников; этот показатель значительно вырос с 6,7% доли владения микроволновыми печами в 2002 году и 14% доли владения холодильниками в том же году.

Бытовые микроволновые печи обычно имеют мощность приготовления от 600 Вт и выше (от 1000 до 1200 Вт на некоторых моделях). Размер бытовых микроволновых печей может быть разным, но обычно их внутренний объем составляет около 20 литров (1,200 куб. Дюймов; 0,71 куб. Футов), а внешние размеры составляют примерно 45–60 см (1 фут 6 дюймов – 2 футов 0 дюймов) в ширину. , Глубина 35–40 см (1 фут 2 дюйма) и высота 25–35 см (9,8 дюйма – 1 фут 1,8 дюйма).

Микроволновые печи могут быть поворотными или планшетными. Духовки с вращающимся подом включают стеклянную тарелку или противень. Планшетные не включают в себя тарелку, поэтому имеют плоскую и более широкую полость.

По положению и типу Министерство энергетики США классифицирует их по (1) столешнице или (2) по диапазону и встроенным (настенная печь для шкафа или модель с выдвижным ящиком ).

Традиционные микроволны полагаются на внутреннее высоковольтное питание от сетевого / сетевого трансформатора, но многие новые модели питаются от инвертора. Инверторные микроволны могут быть полезны для достижения более равномерных результатов приготовления, поскольку они обеспечивают непрерывный поток мощности для приготовления пищи.

Традиционная микроволновая печь имеет только два режима нагрева: ВКЛ и ВЫКЛ. Промежуточные настройки нагрева переключаются между полной мощностью и выключением каждые несколько секунд, с большим временем включения для более высоких настроек.

Однако инверторный тип может выдерживать более низкие температуры в течение длительного времени без необходимости повторного выключения и включения. Помимо превосходных возможностей приготовления пищи, эти микроволновые печи, как правило, более энергоэффективны.

По состоянию на 2020 год большинство кухонных микроволновых печей (независимо от марки), продаваемых в США, было произведено Midea Group .

Принципы

Микроволновая печь, c. 2005 г.
Моделирование электрического поля внутри микроволновой печи в течение первых 8 нс работы

Микроволновая печь нагревает пищу, пропуская через нее микроволновое излучение . Микроволны - это форма неионизирующего электромагнитного излучения с частотой так называемого микроволнового диапазона (от 300  МГц до 300  ГГц). Микроволновые печи используют частоты в одном из диапазонов ISM (промышленный, научный, медицинский) , которые в противном случае используются для связи между устройствами, для работы которых не требуется лицензия, поэтому они не создают помех другим жизненно важным радиослужбам.

Бытовые печи работают с номинальной частотой 2,45 гигагерца (ГГц) - длиной волны 12,2 сантиметра (4,80 дюйма) в диапазоне ISM от 2,4 ГГц до 2,5 ГГц - в то время как большие промышленные / коммерческие печи часто используют 915 мегагерц (МГц) - 32,8 сантиметра (12,9 дюйма). ). Вода , жир и другие вещества в пище поглощают энергию микроволн в процессе, называемом диэлектрическим нагревом . Многие молекулы (например, молекулы воды) являются электрическими диполями, что означает, что у них есть частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом, и поэтому они вращаются, пытаясь выровняться с переменным электрическим полем микроволн. . Вращающиеся молекулы сталкиваются с другими молекулами и приводят их в движение, таким образом рассеивая энергию.

Эта энергия, рассредоточенная в виде молекулярных вращений, колебаний и / или трансляций в твердых телах и жидкостях, повышает температуру пищи в процессе, аналогичном передаче тепла при контакте с более горячим телом. Распространено заблуждение, что микроволновые печи нагревают пищу, работая при особом резонансе молекул воды в пище. Как уже отмечалось, микроволновые печи могут работать на многих частотах.

Разморозка

Микроволновый нагрев более эффективен для жидкой воды, чем для замороженной воды, где движение молекул более ограничено. Размораживание выполняется на малой мощности, что позволяет теплу отводить тепло к еще замороженным частям продуктов. Диэлектрический нагрев жидкой воды также зависит от температуры: при 0 ° C диэлектрические потери максимальны при частоте поля около 10 ГГц, а для более высоких температур воды - при более высоких частотах поля. Более высокая мощность микроволновой печи приведет к сокращению времени приготовления.

Жиры и сахар

Микроволновое нагревание менее эффективно для жиров и сахаров, чем для воды, потому что они имеют меньший молекулярный дипольный момент . Сахара и триглицериды (жиры и масла) поглощают микроволны за счет дипольных моментов их гидроксильных или сложноэфирных групп . Однако из-за более низкой удельной теплоемкости жиров и масел и их более высокой температуры испарения они часто достигают гораздо более высоких температур внутри микроволновых печей. Это может вызвать повышение температуры в масле или жирной пище, такой как бекон, намного выше точки кипения воды и достаточно высокой, чтобы вызвать некоторые реакции потемнения, как при обычном жарении (Великобритания: гриль) , тушении или жарке во фритюре.

Приготовление в микроволновой печи продуктов с высоким содержанием сахара, крахмала и жира может повредить некоторые пластиковые контейнеры. Такие фрукты, как помидоры, содержат большое количество сахара. Продукты с высоким содержанием воды и небольшим количеством масла редко превышают температуру кипения воды.

Тепловой разгон

Микроволновый нагрев может вызвать локальные тепловые выбросы в некоторых материалах с низкой теплопроводностью, которые также имеют диэлектрическую проницаемость, увеличивающуюся с температурой. Примером может служить стекло, которое при предварительном нагреве может проявлять термический разнос в микроволновой печи до точки плавления. Кроме того, микроволны могут плавить определенные типы горных пород, производя небольшое количество расплавленной породы. Некоторая керамика также может плавиться и даже стать прозрачной при охлаждении. Температурный разгон более характерен для электропроводящих жидкостей, таких как соленая вода.

Проникновение

Другое заблуждение заключается в том, что микроволновые печи готовят пищу «изнутри наружу», то есть из центра всей массы пищи наружу. Эта идея возникает из-за поведения при нагревании, наблюдаемого, если абсорбирующий слой воды лежит под менее абсорбирующим более сухим слоем на поверхности пищевого продукта; в этом случае тепловая энергия внутри пищевого продукта может быть больше, чем на его поверхности. Это также может происходить, если внутренний слой имеет более низкую теплоемкость, чем внешний слой, что приводит к достижению более высокой температуры, или даже если внутренний слой более теплопроводен, чем внешний слой, что делает его более горячим, несмотря на более низкую температуру. В большинстве случаев, однако, с единообразно структурированным или достаточно однородным продуктом питания микроволны поглощаются внешними слоями продукта на том же уровне, что и внутренние слои.

В зависимости от содержания воды глубина начального отложения тепла может составлять несколько сантиметров или более в микроволновых печах, в отличие от жарки / гриля (инфракрасный) или конвекционного нагрева - методов, при которых тепло отводится на поверхности пищи тонким слоем. Глубина проникновения микроволн зависит от состава и частоты пищи , при этом более низкие частоты микроволн (более длинные волны) проникают дальше.

Потребление энергии

При использовании микроволновые печи примерно на 50% преобразуют электричество в микроволновые печи, а это означает, что микроволновая печь мощностью 900 Вт будет использовать около 1800 Вт электроэнергии при приготовлении пищи. Поскольку они используются довольно редко, средняя бытовая микроволновая печь потребляет всего 72 кВтч в год. В мировом масштабе микроволновые печи в 2018 году потребляли примерно 77 ТВт-ч в год, или 0,3% мирового производства электроэнергии.

Исследование 2000 года, проведенное Национальной лабораторией Лоуренса Беркли, показало, что средняя микроволновая печь потребляет почти 3 Вт энергии в режиме ожидания, когда она не используется, что составляет примерно 26 кВтч в год. Новые стандарты эффективности, введенные Министерством энергетики США в 2016 году, требуют для большинства типов микроволновых печей менее 1 ватта, или примерно 9 кВт-ч в год, в режиме ожидания.

Компоненты

Магнетрон со снятой секцией (магнит не показан)
Внутреннее пространство микроволновой печи и пультов управления.

Микроволновая печь состоит из:

В большинстве печей магнетрон приводится в действие линейным трансформатором, который можно только полностью включить или выключить. (Один вариант GE Spacemaker имел два ответвления на первичной обмотке трансформатора, для режимов высокой и малой мощности.) Обычно выбор уровня мощности не влияет на интенсивность микроволнового излучения; вместо этого магнетрон циклически включается и выключается каждые несколько секунд, таким образом изменяя крупномасштабный рабочий цикл . В более новых моделях используются инверторные источники питания, которые используют широтно-импульсную модуляцию для обеспечения эффективного непрерывного нагрева при пониженных настройках мощности, так что продукты нагреваются более равномерно при заданном уровне мощности и могут нагреваться быстрее, не будучи поврежденными неравномерным нагревом.

Микроволновые частоты, используемые в микроволновых печах, выбираются с учетом нормативных требований и ограничений по стоимости. Во-первых, они должны находиться в одной из промышленных, научных и медицинских (ISM) полос частот, отведенной для нелицензионных целей. Для бытовых целей частота 2,45 ГГц имеет преимущество перед 915 МГц, поскольку 915 МГц является диапазоном ISM только в некоторых странах ( регион 2 МСЭ ), в то время как частота 2,45 ГГц доступна во всем мире. Существуют три дополнительных диапазона ISM в микроволновых частотах, но они не используются для приготовления в микроволновой печи. Два из них сконцентрированы на частотах 5,8 ГГц и 24,125 ГГц, но не используются для приготовления пищи в микроволновой печи из-за очень высокой стоимости выработки электроэнергии на этих частотах. Третий, сосредоточенный на 433,92 МГц, представляет собой узкую полосу, для которой потребуется дорогостоящее оборудование для выработки достаточной мощности без создания помех за пределами полосы, и она доступна только в некоторых странах.

Камера для приготовления пищи похожа на клетку Фарадея, чтобы волны не выходили из духовки. Несмотря на то, что нет постоянного контакта металл-металл вокруг обода двери, воздушные соединения на краях дверцы действуют как контакт металл-металл на частоте микроволн, чтобы предотвратить утечку. Дверца духовки обычно имеет окно для удобного просмотра со слоем проводящей сетки на некотором расстоянии от внешней панели для сохранения экранирования. Поскольку размер отверстий в сетке намного меньше длины волны микроволн (12,2 см для обычных 2,45 ГГц), микроволновое излучение не может проходить через дверь, в то время как видимый свет (с его гораздо более короткой длиной волны) может проходить .

Панель управления

Современные микроволновые печи используют для работы либо аналоговый таймер с циферблатом, либо цифровую панель управления. Панели управления оснащены светодиодным , жидкокристаллическим или вакуумным флуоресцентным дисплеем, цифровыми кнопками для ввода времени приготовления, функцией выбора уровня мощности и другими возможными функциями, такими как настройка размораживания и предварительно запрограммированные настройки для различных типов продуктов, таких как мясо, рыба. , птица, овощи, замороженные овощи , замороженные обеды и попкорн . В 90-х годах такие бренды, как Panasonic и GE, начали предлагать модели с дисплеем с прокручивающимся текстом, на котором показывались инструкции по приготовлению.

Настройки мощности обычно реализуются не путем фактического изменения эффекта, а путем многократного выключения и включения питания. Таким образом, максимальное значение соответствует продолжительной мощности. Размораживание может представлять собой питание в течение двух секунд с последующим отключением питания в течение пяти секунд. Чтобы указать, что приготовление завершено, обычно присутствует звуковое предупреждение, такое как звонок или звуковой сигнал, и / или «Конец» обычно появляется на дисплее цифровой микроволновой печи.

Панели управления микроволнами часто считаются неудобными в использовании и часто используются в качестве примеров при разработке пользовательского интерфейса.

Варианты и аксессуары

Вариантом обычной микроволновой печи является конвекционная микроволновая печь. Конвекционная микроволновая печь представляет собой комбинацию стандартной микроволновой печи и конвекционной печи . Это позволяет быстро приготовить пищу, но при этом получиться подрумянившейся или хрустящей, как в конвекционной печи. Конвекционные микроволновые печи дороже обычных. Некоторые конвекционные микроволновые печи - с открытыми нагревательными элементами - могут выделять дым и запах гари, поскольку на нагревательных элементах сгорают брызги пищи от ранее использовавшихся только в микроволновой печи. В некоторых печах используется высокоскоростной воздух; они известны как ударные печи и предназначены для быстрого приготовления пищи в ресторанах, но стоят дороже и потребляют больше энергии.

В 2000 году некоторые производители начали предлагать мощные кварцевые галогенные лампы для своих моделей конвекционных микроволновых печей, продавая их под такими названиями, как «Speedcook», « Advantium », «Lightwave» и «Optimawave», чтобы подчеркнуть их способность готовить пищу быстро и с минимальными затратами. хорошее подрумянивание. Лампы нагревают поверхность пищи инфракрасным (ИК) излучением, подрумянивая поверхности, как в обычной духовке. Пища подрумянивается при нагревании микроволновым излучением и теплопроводности при контакте с нагретым воздухом. Инфракрасная энергия, которая передается лампами на внешнюю поверхность пищи, достаточна для начала карамелизации подрумянивания продуктов, в основном состоящих из углеводов, и реакций Майяра в продуктах, в основном состоящих из белка. Эти реакции в продуктах питания создают текстуру и вкус, аналогичные тем, которые обычно ожидаются от обычного приготовления в духовке, а не мягкому вкусу вареной и приготовленной на пару, который обычно создается при приготовлении пищи только в микроволновой печи.

Чтобы помочь подрумяниться , иногда используется дополнительный поддон для подрумянивания, обычно состоящий из стекла или фарфора . Он делает пищу хрустящей, окисляя верхний слой, пока он не станет коричневым . Обычная пластиковая посуда для этой цели не подходит, потому что она может расплавиться.

Замороженные обеды , пироги и пакеты для попкорна для микроволновых печей часто содержат сенсор, сделанный из тонкой алюминиевой пленки в упаковке или на небольшом лотке для бумаги. Металлическая пленка эффективно поглощает микроволновую энергию и, следовательно, становится очень горячей и излучает инфракрасное излучение, концентрируя нагрев масла для попкорна или даже подрумянивания замороженных продуктов. Нагревательные пакеты или поддоны, содержащие чувствительные элементы, предназначены для одноразового использования, а затем выбрасываются как отходы.

Характеристики нагрева

Помимо использования для нагрева пищи, микроволновые печи широко используются для нагрева в промышленных процессах. Туннельная микроволновая печь для размягчения пластиковых стержней перед экструзией.

Микроволновые печи производят тепло непосредственно внутри пищи, но, несмотря на распространенное заблуждение, что пища, приготовленная в микроволновой печи, готовится изнутри, микроволны с частотой 2,45 ГГц могут проникать только примерно на 1 сантиметр (0,39 дюйма) в большинство продуктов. Внутренние части более толстых продуктов в основном нагреваются за счет тепла, отводимого от внешней части на 1 сантиметр (0,39 дюйма).

Неравномерный нагрев продуктов, приготовленных в микроволновой печи, может быть частично связан с неравномерным распределением микроволновой энергии внутри духовки, а частично - из-за разной скорости поглощения энергии в разных частях пищи. Первая проблема решается за счет мешалки, типа вентилятора, который отражает микроволновую энергию в различные части духовки при ее вращении, или поворотного стола или карусели, которые переворачивают пищу; однако на поворотных столах могут оставаться пятна, например в центре духовки, в которых энергия распределяется неравномерно. Расположение мертвых и горячих точек в микроволновой печи можно обозначить, поместив влажный кусок термобумаги в духовку.

Когда водонасыщенная бумага подвергается воздействию микроволнового излучения, она становится достаточно горячей, чтобы вызвать потемнение красителя, что обеспечит визуальное представление микроволн. Если в духовке сделать несколько слоев бумаги с достаточным расстоянием между ними, можно создать трехмерную карту. Многие чеки в магазинах печатаются на термобумаге, что позволяет легко сделать это дома.

Вторая проблема связана с составом и геометрией пищи, и ее должен решать повар, располагая пищу так, чтобы она равномерно поглощала энергию, и периодически проверяя и защищая любые части пищи, которые перегреваются. В некоторых материалах с низкой теплопроводностью , где диэлектрическая проницаемость увеличивается с температурой, микроволновый нагрев может вызвать локальный тепловой выброс . При определенных условиях в микроволновой печи стекло может проявлять неуправляемый нагрев до точки плавления.

Из-за этого явления микроволновые печи, настроенные на слишком высокий уровень мощности, могут даже начать готовить края замороженных продуктов, в то время как продукты внутри остаются замороженными. Еще один случай неравномерного нагрева можно наблюдать в выпечке, содержащей ягоды. В этих изделиях ягоды поглощают больше энергии, чем более сухой окружающий хлеб, и не могут рассеивать тепло из-за низкой теплопроводности хлеба. Часто это приводит к перегреву ягод по сравнению с остальной едой. В настройках духового шкафа для «размораживания» либо используются низкие уровни мощности, либо питание выключается и включается многократно, чтобы обеспечить отвод тепла внутри замороженных продуктов от зон, которые легче поглощают тепло, к тем, которые нагреваются медленнее. В духовках с поворотным подносом будет происходить более равномерный нагрев за счет размещения продуктов на противне вращающегося подноса не по центру, а не точно по центру, так как это приведет к более равномерному нагреванию пищи во всем.

На рынке есть микроволновые печи, которые позволяют размораживать на полную мощность. Они делают это, используя свойства LSM-мод электромагнитного излучения . Размораживание LSM на полной мощности может привести к более равномерным результатам, чем медленное размораживание.

Нагрев в микроволновой печи может быть намеренно неравномерным. Некоторые упаковки для микроволновых печей (особенно пироги) могут включать в себя материалы, содержащие керамические или алюминиевые хлопья, которые предназначены для поглощения микроволн и нагрева, что помогает при выпекании или приготовлении корочки, вкладывая больше энергии неглубоко в этих областях. Такие керамические пластыри, прикрепленные к картону, располагаются рядом с едой и обычно имеют дымчато-синий или серый цвет, что обычно делает их легко узнаваемыми; Картонные рукава, входящие в комплект Hot Pockets , которые имеют внутреннюю поверхность серебристого цвета, являются хорошим примером такой упаковки. Картонная упаковка, пригодная для использования в микроволновой печи, также может содержать накладные керамические пластыри, которые действуют таким же образом. Технический термин для такого поглощающего микроволны пластыря - приемник .

Воздействие на пищу и питательные вещества

Любая форма приготовления пищи снижает общее содержание питательных веществ в пище, особенно водорастворимых витаминов, часто встречающихся в овощах, но ключевыми переменными являются то, сколько воды используется для приготовления, как долго пища готовится и при какой температуре. Питательные вещества в основном теряются из-за попадания в воду для приготовления пищи, что, как правило, делает приготовление в микроволновой печи эффективным, учитывая более короткое время приготовления, которое требуется для этого, и то, что нагретая вода находится в продукте. Как и другие методы нагрева, микроволновая печь превращает витамин B 12 из активной в неактивную форму; степень превращения зависит от достигнутой температуры, а также от времени приготовления. Вареная пища достигает максимальной температуры 100 ° C (212 ° F) (точка кипения воды), тогда как пища, приготовленная в микроволновой печи, может стать внутренне более горячей, что приводит к более быстрому распаду витамина B 12 . Более высокий уровень потерь частично компенсируется более коротким временем приготовления.

Шпинат сохраняет почти весь фолиевую кислоту при приготовлении в микроволновой печи; при кипячении он теряет около 77%, вымывая питательные вещества в воду для приготовления пищи. Бекон, приготовленный в микроволновой печи, имеет значительно более низкий уровень нитрозаминов, чем бекон, приготовленный обычным способом. Приготовленные на пару овощи, как правило, содержат больше питательных веществ при приготовлении в микроволновой печи, чем при приготовлении на плите. Бланширование в микроволновой печи в 3–4 раза более эффективно, чем бланширование в кипяченой воде, для сохранения водорастворимых витаминов, фолиевой кислоты, тиамина и рибофлавина , за исключением витамина С , из которых 29% теряется (по сравнению с потерей 16% с бланширование в кипяченой воде).

Преимущества и особенности безопасности

Все микроволновые печи используют таймер для выключения духовки по окончании времени приготовления.

Микроволновые печи разогревают пищу, не нагреваясь сами. При снятии кастрюли с плиты, если это не индукционная плита , остается потенциально опасный нагревательный элемент или подставка, которые будут оставаться горячими в течение некоторого времени. Точно так же, когда вы вынимаете запеканку из обычной духовки, руки подвергаются очень горячим стенкам духовки. Микроволновая печь не представляет этой проблемы.

Пища и посуда, доставленные из микроволновой печи, редко бывают намного горячее, чем 100 ° C (212 ° F). Посуда, используемая в микроволновой печи, часто намного холоднее, чем еда, потому что посуда прозрачна для микроволн; микроволны нагревают пищу напрямую, а посуда косвенно нагревается пищей. С другой стороны, пища и посуда из обычной духовки имеют ту же температуру, что и остальная часть духовки; типичная температура приготовления - 180 ° C (356 ° F). Это означает, что обычные плиты и духовки могут вызвать более серьезные ожоги.

Более низкая температура приготовления (точка кипения воды) является значительным преимуществом с точки зрения безопасности по сравнению с запеканием в духовке или жаркой, поскольку исключает образование смол и обугливания , которые являются канцерогенными . Микроволновое излучение также проникает глубже, чем прямое тепло, поэтому пища нагревается за счет собственного внутреннего содержания воды. Напротив, прямое тепло может обжечь поверхность, пока внутренняя часть еще холодная. Предварительный нагрев пищи в микроволновой печи перед тем, как положить ее на гриль или сковороду, сокращает время, необходимое для разогрева пищи, и снижает образование канцерогенного углерода. В отличие от жарки и запекания, микроволновая печь не производит акриламид в картофеле, однако, в отличие от жарки во фритюре, она имеет лишь ограниченную эффективность в снижении уровня гликоалкалоидов (например, соланина ). Акриламид был обнаружен в других продуктах, приготовленных в микроволновой печи, таких как попкорн.

Использование для чистки кухонных губок

Исследования изучали возможность использования микроволновой печи для очистки неметаллических бытовых губок, которые были тщательно намочены. Исследование 2006 года показало, что обработка влажных губок в микроволновой печи в течение двух минут (при мощности 1000 Вт) удалила 99% бактерий кишечной палочки , кишечной палочки и фагов MS2 . Споры Bacillus cereus погибали через четыре минуты обработки в микроволновой печи.

Исследование 2017 года было менее утвердительным: около 60% микробов были убиты, но оставшиеся быстро повторно колонизировали губку.

Опасности

Высокие температуры

Перегрев

Обугленный попкорн, подгоревший из-за того, что микроволновая печь оставлена ​​включенной слишком долго

Вода и другие однородные жидкости могут перегреваться при нагревании в микроволновой печи в емкости с гладкой поверхностью. То есть жидкость достигает температуры, немного превышающей ее нормальную точку кипения, без образования пузырьков пара внутри жидкости. Процесс кипячения может начаться со взрывом, когда жидкость потревожена, например, когда пользователь берет контейнер, чтобы вынуть его из духовки, или при добавлении твердых ингредиентов, таких как сухие сливки или сахар. Это может привести к самопроизвольному кипению ( зародышеобразованию ), которое может быть достаточно сильным для выброса кипящей жидкости из контейнера и причинения сильного ожога .

Закрытые контейнеры

Закрытые емкости, такие как яйца , могут взорваться при нагревании в микроволновой печи из-за повышенного давления пара . Неповрежденные свежие яичные желтки вне скорлупы также взорвутся в результате перегрева. Изоляционные пенопласты всех типов обычно содержат закрытые воздушные карманы и, как правило, не рекомендуются для использования в микроволновой печи, поскольку воздушные карманы взрываются, а пена (которая может быть токсичной при употреблении) может расплавиться. Не все пластмассы безопасны для использования в микроволновой печи, а некоторые пластмассы поглощают микроволны до такой степени, что могут стать опасно горячими.

Пожары

Продукты, которые слишком долго нагреваются, могут загореться. Хотя это присуще любой форме приготовления пищи, быстрое приготовление и использование микроволновых печей без присмотра создают дополнительную опасность.

Металлические предметы

Вопреки распространенным предположениям, металлические предметы можно безопасно использовать в микроволновой печи, но с некоторыми ограничениями. Любой металлический или проводящий объект, помещенный в микроволновую печь, в некоторой степени действует как антенна , что приводит к возникновению электрического тока . Это заставляет объект действовать как нагревательный элемент. Этот эффект зависит от формы и состава объекта, и иногда его используют для приготовления пищи.

Любой предмет, содержащий заостренный металл, может вызвать электрическую дугу (искры) при нагревании в микроволновой печи. Это включает столовые приборы , мятую алюминиевую фольгу (хотя некоторые виды фольги, используемые в микроволновых печах, безопасны, см. Ниже), скрученные стяжки, содержащие металлическую проволоку, ручки для переноски из металлической проволоки в ведрах для устриц или почти любой металл, сформированный в виде плохо проводящей фольги или тонкой проволокой или заостренной формы. Хороший пример - вилка : зубцы вилки реагируют на электрическое поле, производя высокие концентрации электрического заряда на концах. Это приводит к превышению диэлектрического пробоя воздуха, около 3 мегавольт на метр (3 × 10 6 В / м). Воздух образует проводящую плазму , которая видна как искра. В этом случае плазма и зубцы могут образовывать токопроводящую петлю, которая может быть более эффективной антенной, что приводит к более длительной искре. Когда диэлектрический пробой происходит в воздухе, образуются озон и оксиды азота , которые в больших количествах вредны для здоровья.

Микроволновая печь с металлической полкой

Обработка в микроволновой печи отдельного гладкого металлического предмета без заостренных концов, например ложки или неглубокой металлической сковороды, обычно не вызывает искры. Решетки из толстой металлической проволоки могут стать частью интерьера микроволновых печей (см. Иллюстрацию). Точно так же внутренние стеновые пластины с перфорированными отверстиями, которые пропускают свет и воздух в духовку и позволяют смотреть изнутри через дверцу духовки, все изготовлены из проводящего металла, имеющего безопасную форму.

Диск DVD-R, записанный в микроволновке, демонстрирующий воздействие электрического разряда через металлическую пленку.

Эффект обработки тонкой металлической пленки в микроволновой печи можно отчетливо увидеть на компакт-диске или DVD (особенно на прессованном на заводе типе). Микроволны индуцируют электрические токи в металлической пленке, которая нагревается, расплавляя пластик в диске и оставляя видимый узор из концентрических и радиальных рубцов. Точно так же фарфор с тонкими металлическими пленками также может быть разрушен или поврежден в микроволновой печи. Алюминиевая фольга достаточно толстая, чтобы ее можно было использовать в микроволновых печах в качестве защиты от нагрева частей продуктов, если фольга не сильно деформирована. Мятая алюминиевая фольга, как правило, небезопасна для использования в микроволнах, поскольку манипуляции с фольгой вызывают резкие изгибы и зазоры, которые вызывают искрение. Министерство сельского хозяйство США рекомендует алюминиевую фольгу , используемую в качестве частичного щита питания в микроволновой печи приготовления пищи крышки не более одной четверти пищевого объекта, и тщательно сглажены для устранения искрясь опасности.

Другой опасностью является резонанс самой магнетронной трубки. Если микроволновая печь работает без объекта, поглощающего излучение, образуется стоячая волна . Энергия отражается назад и вперед между трубкой и камерой для приготовления пищи. Это может вызвать перегрузку трубки и ее возгорание. Высокая отраженная мощность также может вызвать искрение магнетрона, что может привести к выходу предохранителя из строя первичной цепи, хотя такую ​​причинно-следственную связь установить нелегко. Таким образом, обезвоженная пища или пища, завернутая в металл, не имеющий дуги, проблематична из-за перегрузки и не обязательно представляет опасность пожара.

Некоторые продукты, такие как виноград, при правильной укладке могут вызвать электрическую дугу . Продолжительное искрение от пищи сопряжено с такими же рисками, что и искрение от других источников, как отмечалось выше.

Некоторые другие предметы, которые могут проводить искры, - это пластиковые / голографические термосы для печати (например, чашки для новинок Starbucks ) или чашки с металлической подкладкой. Если какой-либо кусок металла обнажится, вся внешняя оболочка оторвется от объекта или расплавится.

Сильные электрические поля, генерируемые внутри микроволновой печи, часто можно проиллюстрировать, поместив радиометр или неоновую лампу накаливания внутри камеры для приготовления пищи, создав светящуюся плазму внутри лампы низкого давления устройства.

Прямое микроволновое воздействие

Прямое микроволновое воздействие, как правило, невозможно, поскольку микроволны, излучаемые источником в микроволновой печи, удерживаются в духовке материалом, из которого она построена. Кроме того, духовки оснащены резервными блокировками безопасности, которые отключают питание магнетрона при открытии дверцы. Этот механизм безопасности требуется в соответствии с федеральными постановлениями США. Испытания показали, что ограничение микроволн в имеющихся в продаже печах является настолько универсальным, что рутинные испытания не требуются. По данным Центра устройств и радиологического здоровья Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, федеральный стандарт США ограничивает количество микроволн, которые могут просачиваться из духовки в течение всего срока ее службы, до 5 милливатт микроволнового излучения на квадратный сантиметр на расстоянии примерно 5 см ( 2 дюйма) от поверхности духовки. Это намного ниже уровня воздействия, который в настоящее время считается вредным для здоровья человека.

Излучение, создаваемое микроволновой печью, не ионизирует. Следовательно, он не имеет риска рака, связанного с ионизирующим излучением, таким как рентгеновские лучи и частицы высокой энергии . Долгосрочные исследования на грызунах для оценки риска рака до сих пор не выявили какой-либо канцерогенности микроволнового излучения 2,45 ГГц даже при уровнях хронического воздействия (т. Е. Значительная часть продолжительности жизни), намного превышающих те, с которыми люди могут столкнуться в любых протекающих печах. Однако при открытой дверце духовки излучение может вызвать повреждение при нагревании. Микроволновые печи продаются с защитной блокировкой, чтобы ее нельзя было запустить, когда дверца открыта или неправильно заперта.

Микроволны, генерируемые в микроволновых печах, перестают существовать после отключения электроэнергии. Они не остаются в пище при выключении питания, как и свет от электрической лампы не остается в стенах и мебели комнаты, когда лампа выключена. Они не делают пищу или духовку радиоактивными. В отличие от обычного приготовления, питательная ценность некоторых продуктов может быть изменена по-разному, но, как правило, в положительную сторону за счет сохранения большего количества питательных микроэлементов - см. Выше . Нет никаких признаков вредных для здоровья проблем со здоровьем, связанных с приготовлением пищи в микроволновой печи.

Однако есть несколько случаев, когда люди подвергались прямому воздействию микроволнового излучения в результате неисправности устройства или преднамеренных действий. Общим эффектом этого воздействия будет физический ожог тела, так как ткани человека, в частности внешний жировой и мышечный слои, имеют такой же состав, как и некоторые продукты, которые обычно готовят в микроволновых печах, и поэтому испытывают аналогичные эффекты диэлектрического нагрева при воздействии микроволновое электромагнитное излучение.

Химическое воздействие

Символ безопасности в микроволновой печи

Использование немаркированного пластика для приготовления в микроволновой печи поднимает проблему выщелачивания пластификатора в пищу или химического реагирования пластика на микроволновую энергию с выщелачиванием побочных продуктов в пищу, что позволяет предположить, что даже пластиковые контейнеры с пометкой «для микроволновой печи» могут выщелачивать пластик, -продукты в пищу.

Пластификаторы, которым уделялось наибольшее внимание, - это бисфенол А (BPA) и фталаты , хотя неясно, представляют ли другие пластмассовые компоненты риск токсичности. Другие проблемы включают плавление и воспламеняемость. Предполагаемый выпуск выпуска диоксинов в пищу был отклонен как умышленное красной сельдью отвлечение от реальных проблем безопасности.

Некоторые современные пластиковые контейнеры и пищевые упаковки специально предназначены для защиты от излучения микроволн. В продуктах может использоваться термин «безопасный для использования в микроволновой печи», на них может присутствовать символ микроволновой печи (три линии волн, одна над другой) или просто инструкции по правильному использованию микроволновой печи. Любой из них является признаком того, что продукт подходит для микроволновой печи при использовании в соответствии с предоставленными инструкциями.

Неравномерный нагрев

Микроволновые печи часто используются для разогрева остатков пищи , и бактериальное заражение невозможно подавить, если микроволновая печь используется ненадлежащим образом. Если безопасная температура не будет достигнута, это может привести к болезням пищевого происхождения , как и в случае других методов разогрева. Хотя микроволновые печи могут уничтожать бактерии так же, как обычные духовки, они готовятся быстро и могут готовиться не так равномерно, как при жарке или приготовлении на гриле, что приводит к риску того, что часть продуктов не достигнет рекомендованной температуры. Поэтому рекомендуется выдержка после приготовления, чтобы температура в продуктах выровнялась, а также использование пищевого термометра для проверки внутренней температуры.

Вмешательство

Микроволновые печи, хотя и защищены в целях безопасности, все же излучают низкие уровни микроволнового излучения. Это не опасно для человека, но иногда может вызвать помехи Wi-Fi и Bluetooth и другие устройства , которые взаимодействуют на ГГц диапазонах 2,45; особенно с близкого расстояния.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки