Mikrofale: zasada działania i urządzenie

Kuchenka mikrofalowa jest jednym z nieodzownych urządzeń kuchennych, bez których gospodynie mają dziś problemy. Każdy wie, jak z niego skorzystać: postaw naczynie, naciśnij 1-2 przyciski i odczekaj 2-3 minuty, po czym pozostaje już podgrzane jedzenie. Jednak niewiele osób rozumie zasadę działania kuchenki mikrofalowej, czyli jak działają jej główne elementy. Spróbujmy zrozumieć ten problem.

Zasada działania mikrofal

Wszystkie kuchenki mikrofalowe działają na tej samej zasadzie, a głównym elementem jest magnetron - specjalne urządzenie zdolne do emitowania krótkich fal o częstotliwości 2450 MHz. W nowoczesnych urządzeniach jego moc wynosi 700-1000 watów. Należy zauważyć, że podczas pracy staje się bardzo gorący, dlatego w pobliżu jest zainstalowany wentylator, który wykonuje jednocześnie kilka funkcji: po pierwsze usuwa ciepło z magnetronu, po drugie zapewnia cyrkulację powietrza w komorze kuchenki mikrofalowej. To z kolei zapewnia równomierne ogrzewanie produktów.

W rzeczywistości jest to podstawą całej zasady mikrofalowej: magnetron daje krótkie fale o wysokiej częstotliwości, które wpływają na jedzenie i ogrzewają je. Oczywiście takie wyjaśnienie jest prymitywne, ale daje także możliwość zrozumienia istoty tego procesu.

Bardziej szczegółowe wyjaśnienie

Mikrofale emitowane przez magnetron przechodzą do komory pieca przez specjalny falowód, kanał z metalowymi ścianami, które odbijają promieniowanie magnetyczne. Po wejściu tych fal do komory wpływają one na żywność, a dokładniej na cząsteczki wody zawarte w dowolnym produkcie spożywczym. W rezultacie dipole (cząsteczki) pod działaniem mikrofal zaczynają się szybko poruszać, ocierają się o siebie, co przyczynia się do uwalniania energii cieplnej. W ten sposób żywność jest podgrzewana.

Osobliwością mikrofali jest to, że mogą przeniknąć do 3 centymetrów. Pozostała objętość produktu jest podgrzewana z wierzchniej warstwy. Ta zasada działania magnetronu w kuchence mikrofalowej wyjaśnia, dlaczego po rozgrzaniu żywność może być gorąca z góry, a jednocześnie zimna w środku. Ciepło wnika głęboko dzięki naturalnej przewodności cieplnej.

Jeśli wcześniej korzystałeś z podobnego urządzenia, nie można nie zauważyć, że obraca się podczas ogrzewania. Jest to konieczne, aby mikrofale trafiły do ​​wszystkich obszarów ogrzewanych produktów.

Ochrona mikrofalowa

Biorąc pod uwagę zasadę działania kuchenki mikrofalowej, logiczne jest myślenie o niebezpieczeństwach, jakie niesie ona dla ludzkiego zdrowia. Oczywiście mikrofale emitowane przez magnetron są szkodliwe dla ludzi. Jednak po otwarciu drzwi magnetron przestaje działać, więc osoba fizycznie nie odczuwa swojego wpływu. Aby nie wychodziły poza komorę grzewczą, zapewniona jest specjalna ochrona. Wszystkie jego ściany są wykonane z metalu, który odbija fale i nie mogą opuścić urządzenia. Jeśli chodzi o szklane drzwi (to po prostu musi być, aby użytkownik mógł zobaczyć proces ogrzewania lub gotowania), jest on pokryty specjalną siatką, odbijającą mikrofale. Jeśli ta siatka zostanie usunięta, fale mogą opuścić przestrzeń kamery, co może naprawdę zaszkodzić osobie. Niedopuszczalne jest używanie kuchenki mikrofalowej w przypadku uszkodzenia, na przykład plomby drzwi lub jej kratki.

Przy okazji, biorąc pod uwagę fakt, że metal odbija mikrofale, metalowe naczynia nie powinny być używane.

Konstrukcja urządzenia

Wszystkie kuchenki mikrofalowe działają w ten sam sposób, dlatego mają taki sam skład części. W szczególności można wyróżnić następujące elementy strukturalne:

1. Magnetron - jednostka główna, która jest źródłem mikrofal.
2. Kamera z ruchomym pomostem i metalowymi ścianami odbijającymi fale radiowe.
3. Transformator, aby zwiększyć napięcie.
4. Drzwi z siatką zabezpieczającą i przezroczystym szkłem.
5. Schemat komunikacji i kontroli.
6. Falowód.
7. Wentylator do chłodzenia magnetronu.

Wszystkie te elementy biorą udział w operacji pieca.

Działanie magnetronu

Jak już wspomniano, magnetron jest sercem kuchenki mikrofalowej. Jest to dioda elektroakustyczna wykonana z dużej cylindrycznej anody. Sama anoda jest miedzią, łączy w sobie 10 sektorów miedzianej ściany.

W środku urządzenia znajduje się katoda prętowa, wewnątrz kanału, w którym znajduje się nić. Jest przeznaczony do emisji elektronów. Aby urządzenie generowało mikrofale, należy utworzyć pole magnetyczne we wnęce. W tym celu stosuje się magnesy pierścieniowe o dużej mocy - są one umieszczone na końcach części. A do stworzenia emisji do anody służy napięcie równe 4 tys woltom. Aby osiągnąć to napięcie, wchodzi w grę transformator mikrofalowy. Zasada działania dowolnego modelu zakłada jego obecność.

Również wewnątrz urządzenia znajdują się pętle druciane, które łączą się z katodą, a także z anteną promieniującą. Z tego elementu wynika, że ​​mikrofale trafiają bezpośrednio do samego falowodu, skąd wychodzą i wchodzą do komory z żywnością.

Kontrola mocy

Jeśli gotowanie wymaga mniej mocy, magnetron może włączać się i wyłączać. W nauce ta technologia nazywa się modulacją szerokości impulsu.

Aby urządzenie o mocy 400 W dawało połowę przez 20 sekund, zostanie ono włączone na 10 sekund, po czym zasilanie zostanie wyłączone na te same 10 sekund. Oczywiście wszystko to dzieje się przy pełnej automatyzacji.

Chłodzenie magnetronem

Należy zauważyć, że podczas pracy urządzenie emituje duże ilość ciepła dlatego musi być schłodzony. W tym celu samo urządzenie jest instalowane w chłodnicy płytowej, a w pobliżu umieszczona jest chłodnica. Wydmuchuje grzejnik i usuwa ciepło z magnetronu. Jeśli wentylator nie działa, urządzenie może po prostu przegrzać się podczas pracy i trywialnie zawieść. Aby temu zapobiec, jest dodatkowo wyposażony w specjalny bezpiecznik termiczny - urządzenie ochronne.

Przypisanie bezpiecznika

Aby grill i magnetron nie uległy przegrzaniu, w niektórych modelach instalowane są specjalne bezpieczniki termiczne (przełączniki termiczne). Mogą być różne. W szczególności główna różnica polega na ilości ciepła, które mogą wytrzymać.

To urządzenie jest dość proste pod względem swojej pracy. Wykonany jest ze stopu aluminium, mocowany za pomocą połączenia kołnierzowego, co zapewnia niezawodny kontakt z obszarem, w którym mierzona jest temperatura. Wewnątrz obudowy znajduje się płyta bimetaliczna, która może wytrzymać określoną temperaturę. A jeśli wartość temperatury wykracza poza pewien limit, płyta zostaje ściśnięta i aktywuje popychacz, otwierając obwód grupy styków. Dopływ prądu do jednostki następnie zatrzymuje się, magnetron wyłącza się i stopniowo chłodzi, płyta wraca do pierwotnego położenia, gdy magnetron ochładza się. Po pewnym czasie kontakty zostaną ponownie zamknięte.

Oto prosta zasada działania kuchenki mikrofalowej, w szczególności bezpiecznik z przegrzania. Zauważ, że w tanich modelach ten element może być nieobecny, ponieważ jest zupełnie niepotrzebny do normalnego funkcjonowania urządzenia. Jest to tylko element ochrony, który zwiększa niezawodność i żywotność pieca, nic więcej.

Rola chłodnicy

Mówiąc o tym, jak działa kuchenka mikrofalowa, należy wyjaśnić zasadę działania, biorąc pod uwagę wszystkie elementy konstrukcyjne, które można w niej zastosować. Chłodnica jest jedną z nich. Oczywiście jest to ważny składnik systemu, bez którego urządzenie i działanie mikrofalówki nie będzie kompletne.

Jego zadania:

1. Chłodzenie magnetronu. Jest to najważniejsze zadanie, bez którego magnetron spaliłby się już pierwszego dnia korzystania z pieca.
2. Chłodzenie innych składników generujących ciepło podczas pracy. W szczególności mówimy o żetonach.
3. W modelach, w których występuje grill, chłodnica wytwarza termostat chłodzący.
4. Tworzenie nadciśnienia w komorze, w której znajduje się żywność. Z tego powodu opary i powietrze są odprowadzane przez ścieżki wentylacyjne.

Najczęściej do wykonania wszystkich tych funkcji wystarczy tylko jeden wentylator. Ze względu na otwory kanałów powietrznych w komorze, samo powietrze rozprzestrzenia się równomiernie.

Aparat fotograficzny

W zasadzie fizyka mikrofalowa nie jest trudna, ponieważ od szkoły wiadomo, że silne promieniowanie elektromagnetyczne jest niebezpieczne dla ludzi. Pochodzi z magnetronu i wchodzi do komory z żywnością, więc w tym urządzeniu potrzebny jest silny wielopoziomowy system ochronny.

Cała komora robocza pokryta jest emalią wewnątrz, która blokuje promieniowanie elektromagnetyczne. Powyżej znajduje się metalowa obudowa, zapobiegająca przenikaniu fal do pomieszczenia. Aby chronić szklane drzwi, stalowa siatka zawiera małe komórki - blokuje promieniowanie o częstotliwości do 2450 Hz i długości fali do 12 cm.

Zauważ, że drzwi są najsłabszym miejscem, przez które mikrofale mogą przeciekać, dlatego powinno być ono jak najmocniejsze dla ciała i nie może mieć luk. W przypadku luki działanie urządzenia jest zabronione. W takim przypadku należy naprawić zawiasy drzwi i przywrócić je do pierwotnej pozycji.

Ponadto algorytm działania mikrofal przewiduje stosowanie specjalnego urządzenia zabezpieczającego przed włączeniem przy otwartych drzwiach. Taki system może być implementowany na różne sposoby, najczęściej za pomocą mikroprzełączników sterujących położeniem drzwi. Te przełączniki mogą wyłączyć magnetron, przekazują informacje o położeniu drzwi do jednostki sterującej.

Panel sterowania

Jest na każdym modelu. W starszych urządzeniach panel sterowania jest przedstawiany jako tylko dwa (lub nawet jeden) przełącznik mechaniczny. Jeden ustawia tryb działania (rozgrzewanie, odszranianie itp.), Innym razem. Schemat jest prymitywny, ale działa i jest prosty.

Jednak nowoczesne modele są wyposażone w duży panel dotykowy. Takie panele sterowania zapewniają użytkownikowi doskonałą funkcjonalność, a nawet możliwość zaprogramowania trybu. Na przykład można ustawić konkretny czas, aby rozpocząć podgrzewanie żywności, czas trwania procesu, można nawet określić jedzenie lub naczynia, które będą podgrzewane. I choć wydaje się, że takie urządzenia są bardziej wyrafinowane, istnieje kilka różnic technicznych. Elektroniczny panel sterowania nie zmienia działania mikrofal.

Jednostka sterująca

W każdym urządzeniu znajduje się urządzenie sterujące (nie tylko w kuchenkach mikrofalowych), gdzie w pewnym momencie musi zostać wykonana ta lub ta czynność. Dzięki temu zapewniane są różne funkcje. W szczególności urządzenie z jego pomocą może utrzymać ustawioną temperaturę, włączyć lub wyłączyć piec po ustawionej operacji.

W starszych piecach mikrofalowych to urządzenie jest reprezentowane jako dwa przełączniki elektromechaniczne - odpowiadają one za funkcje opisane powyżej i odgrywają ważną rolę w ogólnym urządzeniu mikrofalowym. Oczywiście z biegiem czasu elektronika ewoluowała, w wyniku czego pojawiły się całkowicie elektroniczne jednostki sterujące. Teraz w kuchenkach mikrofalowych (i nie tylko w nich) używane są mikroprocesory i specjalne programy, zgodnie z którymi urządzenie może wykonywać jedną lub drugą funkcję:

1. Wbudowany zegar.
2. Rozmrażanie żywności.
3. Sygnalizuje zakończenie procesu rozmrażania, gotowania lub podgrzewania jedzenia.

Wniosek

Teraz lepiej rozumiesz, jak działa mikrofalówka. Zasada działania tego urządzenia jest stosunkowo prosta. Opiera się na elementarnych prawach fizyki.

Naprawiamy to, czego się nauczyliśmy: magnetron (główny element kuchenki mikrofalowej) emituje bardzo krótkie fale radiowe o wysokiej częstotliwości. Działają na cząsteczkach wody, z powodu których zaczynają się aktywnie poruszać. Procesowi temu towarzyszy wydzielanie ciepła. Biorąc pod uwagę fakt, że fale przenikają płytko do żywności, tylko powierzchnia produktów jest ogrzewana, a następnie, z powodu naturalnego przewodnictwa cieplnego, ciepło przechodzi w głębiny.

Jest to podstawowa zasada działania kuchenki mikrofalowej. Urządzenie i główne elementy omówiliśmy również w tym artykule. Wszystkie są klasyczne i są używane w absolutnie wszystkich modelach od dowolnego producenta. Obecnie schemat roboczy opisany powyżej jest jedynym, chociaż różni producenci mogą wykorzystywać moduły różniące się dowolnymi parametrami. Na przykład w jednym modelu można użyć silniejszego magnetronu, który może znacznie szybciej podgrzewać żywność. W innych kompaktowych modelach ten element może mieć niską moc, co pozwala na stworzenie urządzenia o niewielkich rozmiarach. Istnieją setki podobnych różnic, ale zasada działania nie zmienia się całkowicie od tego. Oczywiście silniejszy magnetron określa, ile mikrofal pracuje w czasie, aby podgrzać żywność o tej samej objętości. Dlatego jeśli nie lubisz czekać, lepiej wybrać bardziej wydajny model.

To wszystko. Całkowicie zdemontowaliśmy urządzenie tego przedmiot gospodarstwa domowego technologii i odpowiedział na większość pytań z nią związanych.