Как работает микроволновая печь

Дверца – важный элемент микроволновой печи

В производстве микроволновки наибольшее внимание уделяется двери. Всем известно, что в каждой микроволновой печи дверка играет роль этакого предохранителя – как только она открывается, работа печки прекращается

Устройство двери является достаточно сложным, так как напрямую связано с уровнем безопасности при эксплуатации. Принцип работы дверки выглядит следующим образом:

• Необходима идеальная форма дверки и корпуса, чтобы зазор был минимальным. Дверь защищает окружающую среду от действия микроволнового излучения, и поэтому к ее созданию необходимо относиться с максимальной долей ответственности.
• Периметр дверцы оснащен высокочастотным дроссельным затвором, который отвечает за понижение микроволнового излучения до необходимых показателей.
• В процессе производства используется особый вид пластмассы, который способствует поглощению излучения.

Панель управления не представляет собой ничего сложного. Обычно это две ручки, которые регулируют мощность и время приготовления. Таймер может быть как механическим, так и в виде электронного циферблата.

За все годы существования микроволновых печей многое было сказано об их губительном влиянии на здоровье. На самом деле СВЧ печи не выделяют радиоактивное излучение, и даже позволяют готовить более здоровую пищу, сохраняя в продуктах до 75% витаминов (чего не скажешь о традиционных методах приготовления). При соблюдении техники безопасности никакого вреда для вашего здоровья от микроволновки не будет.

Обычная, с грилем или с конвекцией: что лучше?

Однозначного ответа на этот вопрос нет. Если вам нужна СВЧ-печь только для разогрева, а все основные операции по приготовлению пищи вы будете осуществлять с помощью духовки и кухонной плиты, переплачивать за функцию конвекции и за гриль нет необходимости. Если же вы любите кулинарные эксперименты, намерены часто готовить в СВЧ-печи – лучше выбрать модель с расширенными возможностями.

Если вы хотите печь в СВЧ-технике пирожки, запеканки и прочую выпечку, присмотритесь к печам с функцией конвекции. Это функция обеспечивает равномерный прогрев и распределение воздуха по всей поверхности камеры. Работает это так: установленный в камере ТЭН производит нагрев, нагретый воздух равномерно рассредоточивается по камере вентилятором. При этом температура в микроволновке может быть 200 градусов и выше.

Микроволновка с грилем и конвекцией

В последнее время самое популярное решение среди домохозяек: сверхвысокочастотные печи с конвекцией и грилем. Они умеют приготовлять пищу 5 различными способами:

• СВЧ-излучением;
• конвекцией;
• конвекцией с СВЧ в то же время;
• микроволнами и грилем;
• конвекцией и грилем.

Такая СВЧ-печь открывает простор для творчества и творения новых кулинарных шедевров. Впрочем, есть множество готовых кулинарных рецептов, которыми делятся производители, комплектуя свои модели отдельной книгой рецептов.

Тип управления

Управление микроволновой печью может быть сенсорным, механическим или кнопочным. В самых простейших моделях используется механическое управление: две круглые ручки, одна из которых является регулятором мощностью, другая задает время обработки пищи (таймер). Конечно, простота управления и низкая стоимость – это плюс, но такие модели устанавливают не посекундное, а поминутное воздействие. Разница в несколько минут значительна.

Микроволновки с кнопочным управлением – более современный вариант. Как правило, они оснащены дисплеем, на котором отображается время. Такие модели имеют возможность программирования того или иного режима. В самых «продвинутых» моделях предустановлено множество режимов: например, «разморозка», «курица-гриль», «картофель-фри», «тушение мяса» и прочие. Количество запрограммированных рецептов в разных моделях может отличаться.

Сенсорное управление – по сути, то же кнопочное, с той лишь разницей, что сами кнопки не видны – панель гладкая. Кроме удобства и современного дизайна положительным моментом использования сенсорных моделей является простота чистки. С другой стороны печи с сенсорным управлением продаются по гораздо большей цене, а их элементы часто перегорают из-за перепадов в сети.

Дополнительные функции

В некоторых моделях могут быть реализованы дополнительные режимы микроволновки:

Микроволновка с тостером

• Подача пара – способствует более быстрому приготовлению пищи, предотвращает пересушивание приготавливаемых продуктов.
• Проветривание рабочей камеры – позволяет удалить неприятные запахи из печи.
• Электронные весы – взвешивают продукты, загруженные в СВЧ-печь, что для некоторых хозяек очень полезно.
• Функция двойного излучения повышает производительность печи и способствует более равномерному прогреву.
• Тарелка Крисп – позволяет жарить продукты так же, как и на сковороде.

Тарелка Крисп

Какие элементы есть в конструкции микроволновки

Устройство микроволновой печи только на первый взгляд кажется сложным. Владельца этого прибора вводит в заблуждение количество кнопочек, индикаторов, средств программирования. На самом деле, любая печь, с механическим управлением, сенсорной панелью, пультом, гибридным электронным контролем, состоит из одинаковых функциональных блоков:

• блок генерации СВЧ излучения, магнетрон и волноводы;
• система преобразования напряжения, главный модуль — повышающий высоковольтный трансформатор;
• средства контроля в составе группы датчиков;
• система вторичной защиты;
• управляющая схема микроволновки.

Важно! В зависимости от сложности модели печи, в нее могут включаться самые разные опции. Например, гриль, вторичные рассеиватели волн, дополнительные узлы СВЧ генерации

Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки.

Управляющая схема

Главная электросхема микроволновки, с которой имеет дело пользователь — это блок управления. В нем при помощи кнопок, механических переключателей, регуляторов задаются граничные параметры. То есть рабочая мощность или режим, время исполнения программы и так далее.

Схема управления может быть как угодно сложной. Самый простой вариант представляет собой круговые регуляторы, один из которых — реле таймера. С их помощью устанавливается мощность режима и время работы. Еще один знакомый пользователям вариант — гибридный, с кнопками. По сути, его функционал ненамного шире механической регулировки.

Сенсорная панель, в большинстве случаев, ничем по принципу действия не отличается от кнопок. Она просто более надежна и не требует обслуживания. Продвинутые схемы электронного управления включают программирование, то есть переключение по заданному алгоритму мощности излучения и времени ее выдачи.

Система преобразования напряжения

Микроволновка состоит из группы узлов, которые очень опасны для человека. Главный из них — повышающий трансформатор. Когда схема управления дает команду на включение режима, он выдает до 4 КВ напряжения. При этом рабочий ток может достигать 10А и выше. Такие параметры работы электросети представляют огромную опасность для человека.

Важно! Повышающий трансформатор — ключевой и самый дорогой узел системы преобразования напряжения. Он питает магнетрон, элемент, без которого невозможно реализовать основной принцип работы микроволновой печи

Блок генерации СВЧ излучения

Магнетрон — это сердце микроволновки. По сути, это обычная вакуумная лампа, похожая на те, которые использовались в кинескопах старых телевизоров. Только магнетрон генерирует интенсивную электромагнитную волну высокой частоты, образуемой при прохождении электронов через магнитное поле.

Блок генерации излучения состоит не из одного СВЧ источника. Для, так сказать, подачи волн в рабочую зону печи устанавливаются волноводы. Именно они находятся за слюдяной пластиной, которую каждый видел на боковой стенке микроволновки, когда ставил в нее тарелку с завтраком.

Системы основной и вторичной защиты

Роль контрольных датчиков вполне понятна. Они следят, чтобы ни один из ключевых элементов электронной и аппаратной части не вышел в критический режим работы. Датчики гарантируют безаварийное функционирование прибора и предотвращают опасные сбои. Но у микроволновки есть системы защиты, разработанные для человека. Ниже будут подробно описаны их функции.

Итак, система управления инициализирует пуск магнетрона. Она же задает параметры работы, отсчитывает временные интервалы, меняет мощность и так далее. Есть и обратная связь между системами безопасности и управления. По сигналам первых может быть полностью остановлена работа печи, изменен режим, выдано служебное сообщение или звуковые оповещения.

Когда началось серийное производство

К cсерийному производству модели, о которой сказано выше, приступили в 1949 году. А через шесть лет первую бытовую микроволновку

, рассчитанную на широкие слои населения, создали в .

Годом серийного производства бытовых микроволновок считается 1962 год

. Оно было налажено японской компанией Sharp. К сожалению, новинка не стала популярной, поскольку потребитель встретил ее с недоверием.

В СССР к серийному производству микроволновых печей приступили в начале 80-х минувшего века. Их изготавливали на таких известных промышленных предприятиях, как ЗИЛ, ЮжМаш, а также тамбовский , машиностроительный завод имени В. И. Ленина в Днепропетровске.

С годами внешний вид микроволновки существенно изменился. Это стало компактное устройство, которое очень удобно в применении. А еще со временем она приобрела множество полезных функций

Принцип микроволнового воздействия

Принцип работы микроволновки кардинально отличается от обычных духовок. Продукты, пронизанные волнами сверхвысокочастотного диапазона, греются по всему объему, а не по поверхности, как при тепловом воздействии. Именно поэтому процесс разогрева/разморозки так краток.

Нагревание еды происходит благодаря физическому явлению — электромагнитные СВЧ-поля преобразуются в тепло. В СВЧ-печке греется только сам продукт, не тратится энергия на нагрев самой камеры, а значит, экономится энергия.

Микроволновое действие способно за минуты поднять температуру объекта до величины, необходимой пользователю. Это особенно удобно при разморозке: огромный кусок замороженного мяса можно разогреть за считаные минуты, не изменив его свойств.

Нагрев пищи спровоцирован действием высокочастотных волн, их частота — 2 450 МГц. Эти микроволны, проходя внутрь объекта, поляризуют молекулы воды. Под действием излучения молекулы строятся вдоль силовых линий электромагнитного поля.

Направленное перемещение молекул вызывает повышение температуры продукта по всему объему. Микроволны, проникая в глубину объекта на 2,5–3 см, разогревают молекулы воды, а разогретые участки объекта передают тепло далее — таким путем прогревается весь объем.

Устройство магнетрона — основная составляющая

Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном, представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.

В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения.

К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.

Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.

Для получения мощности 400 Вт (или 50% от выходной мощности) можно в течение 10-секундного интервала на 5 секунд включить магнетрон, а на 5 секунд выключить. В науке это называется широтно-импульсной модуляцией.

Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление – поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант – кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

1. Из пушки начали обстреливать щель в листе непрозрачного материала, позади поставили чувствительный экран и начали регистрировать интенсивность. Получился отпечаток исходной щели, спроецировавший лучи пушки.

2. Поместили на удалении друг от друга две щели и стали обстреливать. В результате получилась интерференционная картина. Словно сложились две морские волны, прошедшие через щели волнолома. Максимумы и минимумы плотности потока, на картинке показанные светлыми и темными полосами.
3. Когда стали пытаться выяснить, через которую щель прошел фотон и поставили два телескопа, картина интерференции пропала.

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Работа микроволновки

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

1. С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
2. Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Воздействие волн на пищу

Историческая справка

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 , 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.

Преимущества и недостатки СВЧ-печей с конвекцией

Микроволновая печь с конвекцией значит удобный в использовании прибор, обладающий важными преимуществами. К последним можно отнести:

• более быстрое приготовление пищи;
• возможность создания красивой и аппетитной корочки на мясных продуктах и выпечке;
• сочетание разных режимов обработки пищи;
• наличие встроенных программ у большинства моделей;
• высокую вместительность.

Фактически печь с горячим обдувом может не только разогревать пищу, но и осуществлять полный цикл приготовления.

Вместе с тем у конвекционных моделей есть свои недостатки. А именно:

• большое потребление электроэнергии;
• строгие требования к посуде — стандартные тарелки в конвекционное устройство ставить нельзя;
• необходимость готовить пищу малыми порциями, большое блюдо целиком в СВЧ запечь обычно невозможно.

Если микроволновка нужна исключительно для периодического разогрева полуфабрикатов, то покупать конвекционную модель не имеет смысла. А вот для частого приготовления выпечки, птицы, рыбы и мяса печь с горячим обдувом окажется очень удобной.

Какие элементы есть в конструкции микроволновки

Устройство микроволновой печи только на первый взгляд кажется сложным. Владельца этого прибора вводит в заблуждение количество кнопочек, индикаторов, средств программирования. На самом деле, любая печь, с механическим управлением, сенсорной панелью, пультом, гибридным электронным контролем, состоит из одинаковых функциональных блоков:

• блок генерации СВЧ излучения, магнетрон и волноводы;
• система преобразования напряжения, главный модуль — повышающий высоковольтный трансформатор;
• средства контроля в составе группы датчиков;
• система вторичной защиты;
• управляющая схема микроволновки.

Важно! В зависимости от сложности модели печи, в нее могут включаться самые разные опции. Например, гриль, вторичные рассеиватели волн, дополнительные узлы СВЧ генерации.. Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки

Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки.

Управляющая схема

Главная электросхема микроволновки, с которой имеет дело пользователь — это блок управления. В нем при помощи кнопок, механических переключателей, регуляторов задаются граничные параметры. То есть рабочая мощность или режим, время исполнения программы и так далее.

Схема управления может быть как угодно сложной. Самый простой вариант представляет собой круговые регуляторы, один из которых — реле таймера. С их помощью устанавливается мощность режима и время работы. Еще один знакомый пользователям вариант — гибридный, с кнопками. По сути, его функционал ненамного шире механической регулировки.

Сенсорная панель, в большинстве случаев, ничем по принципу действия не отличается от кнопок. Она просто более надежна и не требует обслуживания. Продвинутые схемы электронного управления включают программирование, то есть переключение по заданному алгоритму мощности излучения и времени ее выдачи.

Система преобразования напряжения

Микроволновка состоит из группы узлов, которые очень опасны для человека. Главный из них — повышающий трансформатор. Когда схема управления дает команду на включение режима, он выдает до 4 КВ напряжения. При этом рабочий ток может достигать 10А и выше. Такие параметры работы электросети представляют огромную опасность для человека.

Важно! Повышающий трансформатор — ключевой и самый дорогой узел системы преобразования напряжения. Он питает магнетрон, элемент, без которого невозможно реализовать основной принцип работы микроволновой печи.

Блок генерации СВЧ излучения

Магнетрон — это сердце микроволновки. По сути, это обычная вакуумная лампа, похожая на те, которые использовались в кинескопах старых телевизоров. Только магнетрон генерирует интенсивную электромагнитную волну высокой частоты, образуемой при прохождении электронов через магнитное поле.

Блок генерации излучения состоит не из одного СВЧ источника. Для, так сказать, подачи волн в рабочую зону печи устанавливаются волноводы. Именно они находятся за слюдяной пластиной, которую каждый видел на боковой стенке микроволновки, когда ставил в нее тарелку с завтраком.

Системы основной и вторичной защиты

Роль контрольных датчиков вполне понятна. Они следят, чтобы ни один из ключевых элементов электронной и аппаратной части не вышел в критический режим работы. Датчики гарантируют безаварийное функционирование прибора и предотвращают опасные сбои. Но у микроволновки есть системы защиты, разработанные для человека. Ниже будут подробно описаны их функции.

Итак, система управления инициализирует пуск магнетрона. Она же задает параметры работы, отсчитывает временные интервалы, меняет мощность и так далее. Есть и обратная связь между системами безопасности и управления. По сигналам первых может быть полностью остановлена работа печи, изменен режим, выдано служебное сообщение или звуковые оповещения.