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Come funziona un forno a microonde?

Il forno a microonde, è un apparecchio da cucina che viene utilizzato per riscaldare il cibo e per questo utilizza le radiazioni elettromagnetiche (microonde). Fondamentalmente, le microonde sono generate con magnetron (un tubo sottovuoto ad alta potenza che genera microonde utilizzando l’interazione di un flusso di elettroni con un campo magnetico) e condotte in una scatola metallica che contiene il cibo che viene riscaldato e non lascia fuoriuscire le microonde.

Come funziona un forno a microonde?

Le microonde sono una forma di radiazione elettromagnetica non ionizzante, una parte dello spettro delle onde elettromagnetiche comunemente usata nelle telecomunicazioni, nei rivelatori radar, nella radioastronomia, per la cura e l’essiccazione del legno, per la navigazione di tipo GPS e nel trattamento medico di alcune malattie. Hanno frequenze comprese tra 300 MHz (0,3 GHz) e 300 GHz. I forni di consumo utilizzano solitamente microonde da 2,45 gigahertz. Il calore viene generato nell’acqua, nei grassi e in altre sostanze presenti negli alimenti assorbendo l’energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico. Molte molecole sono dipoli elettrici, il che significa che i loro centri dei poli magnetici non sono in un punto (e con ciò si annullano) ma in due. Ecco perché cercano di allinearsi con il campo elettromagnetico delle microonde generate. Questo campo è alternato in modo che i dipoli ruotano e si scontrano cercando di allinearsi. Questa rotazione e la collisione è energia cinetica che si manifesta come calore ed è così che il cibo viene riscaldato nel forno a microonde.

Poiché i forni a microonde possono cucinare in modo non uniforme, spesso hanno dei piatti sui quali il cibo viene posto su un contenitore, o un agitatore, un tipo di ventola che riflette l’energia del microonde in diverse parti del forno. In questo modo si evitano i punti più freddi o più caldi del cibo. I forni a microonde cucinano il cibo “dall’interno verso l’esterno”. Questa idea deriva dai casi in cui uno strato assorbente di acqua si trova sotto uno strato meno assorbente di asciugatura sulla superficie di un alimento. Se il cibo è più uniformemente strutturato o ragionevolmente omogeneo, le microonde vengono assorbite negli strati esterni dell’oggetto in modo simile al calore di altri metodi di riscaldamento. Il riscaldamento del cibo dipende da come l’acqua e altri materiali assorbenti sono distribuiti nel cibo.

Se un oggetto metallico o conduttivo viene inserito nel microonde, esso agisce come un’antenna e genera corrente elettrica al suo interno e inizia a riscaldarsi. Quando sono progettati correttamente, questi oggetti metallici possono agire come elementi riscaldanti aggiuntivi. Ma non tutti gli oggetti metallici possono essere inseriti nel microonde. Se hanno parti appuntite, possono creare un arco elettrico (scintille) quando sono sottoposti a microonde. Questi oggetti accumulano nei loro punti una carica elettrica che può essere così alta da causare la rottura dielettrica dell’aria, circa 3 megavolt per metro e con essa archi elettrici. Anche il foglio di alluminio, se raggrinzito, può causare questo fenomeno. Gli archi elettrici possono causare incendi.

Alcuni tipi di plastica non dovrebbero essere utilizzati nelle microonde perché, se riscaldati, possono rilasciare sostanze chimiche tossiche. Solo la plastica contrassegnata come “sicura per microonde” dovrebbe essere utilizzata nelle microonde.

La maggior parte dei forni a microonde hanno una porta con una finestra per una facile visualizzazione, ma questa finestra ha uno strato di maglia conduttiva che scherma contro la perdita di microonde. Le perforazioni nella maglia hanno un diametro molto più corto rispetto alla lunghezza d’onda delle microonde (12,2 cm), la radiazione delle microonde non può passare attraverso la porta mentre la luce visibile può (la luce ha una lunghezza d’onda molto più corta).

 

I forni a microonde sono così veloci ed efficienti perché convogliano l’energia termica direttamente alle molecole (minuscole particelle) all’interno del cibo. Le microonde riscaldano il cibo come il sole riscalda il viso per irraggiamento.

Questa robusta scatola di metallo impedisce la fuoriuscita delle dannose microonde. Le microonde sono generate da un dispositivo chiamato magnetron, che si trova dietro la griglia metallica forata sul lato destro (appena dietro la lampada che illumina il forno all’interno). Se si sbircia attraverso il reticolo, si potrebbero vedere le alette di raffreddamento orizzontali sul magnetron (che sembrano una pila di piastre metalliche parallele e orizzontali). Notate anche il piatto girevole, che fa ruotare il cibo in modo che le microonde lo cuociano in modo uniforme. Il retro della porta è coperto da una garza metallica protettiva per impedire la fuoriuscita delle microonde.

Un microonde è molto simile alle onde elettromagnetiche che si propagano nell’aria dai trasmettitori TV e radio. È un invisibile saliscendi di elettricità e magnetismo che corre attraverso l’aria alla velocità della luce (300.000 km o 186.000 miglia al secondo). Mentre le onde radio possono essere molto lunghe (alcune misurano decine di chilometri o miglia tra una cresta d’onda e l’altra), possono anche essere minuscole: le microonde sono in effetti le onde radio più corte – e le microonde che cuociono il cibo nel tuo forno sono lunghe appena 12 cm (circa 5 pollici).

Nonostante le loro piccole dimensioni, le microonde trasportano un’enorme quantità di energia. Uno svantaggio delle microonde è che possono danneggiare le cellule viventi e i tessuti. Questo è il motivo per cui le microonde possono essere dannose per le persone e per cui i forni a microonde sono circondati da forti scatole di metallo che non permettono alle onde di fuoriuscire. Nel funzionamento normale, i forni a microonde sono perfettamente sicuri. Anche così, i forni a microonde possono essere molto pericolosi, quindi non scherzare mai con un forno a microonde. Le microonde sono utilizzate anche nei telefoni cellulari (cellulari), dove portano la vostra voce avanti e indietro attraverso l’aria, e radar.

Come si cuociono i cibi con il microonde?

Come fa un microonde a trasformare l’elettricità in calore? In questo modo!

All’interno della robusta scatola di metallo, c’è un generatore di microonde chiamato magnetron. Quando si inizia a cucinare, il magnetron prende l’elettricità dalla presa di corrente e la converte in onde radio ad alta potenza, 12 cm (4,7 pollici).
Il magnetron fa esplodere queste onde nel comparto alimentare attraverso un canale chiamato guida d’onda.
Il cibo si siede su un piatto girevole, ruotando lentamente in modo che le microonde lo cuociano in modo uniforme.
Le microonde rimbalzano avanti e indietro sulle pareti metalliche riflettenti dello scomparto del cibo, proprio come la luce rimbalza su uno specchio. Quando le microonde raggiungono il cibo stesso, non rimbalzano semplicemente. Proprio come le onde radio possono passare direttamente attraverso le pareti di casa, così le microonde penetrano all’interno del cibo. Mentre le attraversano, fanno vibrare più velocemente le molecole al loro interno.
Le molecole che vibrano hanno calore, quindi, più velocemente le molecole vibrano, più caldo diventa il cibo. Così le microonde trasmettono la loro energia alle molecole del cibo, riscaldandolo rapidamente.

Le microonde cuociono dall’interno verso l’esterno?

In un forno convenzionale, il calore deve passare dalle resistenze elettriche (o dai bruciatori a gas) posizionate sul fondo e ai lati del fornello nel cibo, che cuoce principalmente per conduzione dall’esterno verso l’interno, dagli strati esterni a quelli interni. Ecco perché una torta cotta in un forno convenzionale può essere bruciata sui bordi e non cotta affatto al centro. A volte si dice che i forni a microonde cuociono il cibo dall'”interno verso l’esterno”, il che è un po’ troppo lucido e non è del tutto corretto. Quando si dice questo, ciò che in realtà si intende è che le microonde sono allo stesso tempo molecole eccitanti proprio attraverso il cibo, quindi in genere si cuoce più velocemente e uniformemente di quanto non sarebbe altrimenti.

Esattamente come il cibo cuoce in un forno a microonde dipende principalmente da ciò di cui è fatto. Le microonde eccitano i liquidi nei cibi in modo più forte, quindi qualcosa come una torta di frutta (con un contenuto di liquido più elevato al centro) cuoce davvero dall’interno verso l’esterno, perché l’interno ha il contenuto di acqua più alto. Bisogna stare molto attenti a mangiare una torta di mele al microonde perché l’interno può essere bollente, mentre la crosta esterna è a malapena calda. Con altri alimenti, dove il contenuto d’acqua è più uniformemente disperso, probabilmente li troverete cuocere dall’esterno verso l’interno, proprio come in un forno convenzionale. Poiché funzionano energizzando le molecole d’acqua, anche le microonde tendono ad asciugare i cibi più dei forni convenzionali.

Un altro fattore importante è la dimensione e la forma di ciò che si sta cucinando. Le microonde non possono penetrare nel cibo più di un centimetro o due (forse un pollice o giù di lì). Come i nuotatori che si tuffano in acqua, perdono energia dal momento in cui entrano nel cibo, e dopo quel primo centimetro o giù di lì non hanno abbastanza energia per penetrare più in profondità. Se si sta cucinando qualcosa di grande (diciamo un pezzo di carne in un grande forno a microonde), solo lo strato esterno di “pelle” sarà cotto dalle onde stesse; l’interno sarà cotto dall’esterno verso l’interno per conduzione. Fortunatamente, la maggior parte delle cose che le persone cucinano in piccoli forni a microonde non sono molto più di un paio di centimetri di diametro (pensate a un pasticcio di carne o di frutta da microonde). Purtroppo, dato che dentro e fuori il cibo si cuoce in modi diversi, a velocità diverse, è facile finire con qualcosa che è cotto all’esterno e non cotto al centro, o esagerato all’esterno e cotto proprio al centro. Come ogni altro metodo di cottura, il microonde ha i suoi svantaggi e ci vuole un po’ di tempo per abituarsi.

Noterete che le cene al microonde specificano un “tempo di cottura” di tanti minuti, seguito da un “tempo in piedi” che spesso è altrettanto lungo (dove si lascia il cibo cotto da solo prima di mangiarlo). Durante questo periodo, il cibo continua a cuocere in modo efficace: le parti più calde del cibo passeranno il calore per conduzione alle parti più fredde, sperando di ottenere una cottura uniforme in tutto l’arco della cottura.

Anche il modo in cui i forni a microonde distribuiscono le loro microonde può cucinare le cose in modo insolito, come hanno scoperto gli Evil Mad Scientist Laboratories quando hanno provato a cucinare gli snack indiani in una selezione di diversi forni a microonde.

“…impiegando lunghezze d’onda che cadono nella regione del microonde dello spettro elettromagnetico… Così facendo, la lunghezza d’onda dell’energia diventa paragonabile alla dimensione media del prodotto alimentare da cuocere, e di conseguenza, il calore generato nel prodotto alimentare diventa intenso, l’energia consumata diventa un minimo, e l’intero processo diventa efficiente e commercialmente fattibile”.

Le prime apparecchiature di Spencer erano relativamente grezze rispetto ai moderni forni a microonde wipe-clean – il suo primo forno era alto circa 1,5 metri (5 ft)! Da allora, i forni a microonde sono diventati molto più compatti e milioni di essi sono stati venduti in tutto il mondo.

È facile definire l’invenzione di Spencer come un “mero” felice incidente, ma c’era qualcosa di più: ci vuole il giusto tipo di mente inventiva per cogliere l’occasione di una scoperta e farne qualcosa. Come ha poi riportato la rivista Reader’s Digest, Spencer “ha dimostrato che nulla è al di fuori della portata di un uomo che vuole sapere cosa sta succedendo, e che sente la responsabilità di fare qualcosa in proposito”. I 130 brevetti che gli sono stati concessi nel corso della sua vita lo attestano, e la sua capacità inventiva di mettere in pratica le idee scientifiche.

Quanto sono efficienti i forni a microonde?

Ci si potrebbe aspettare che un forno a microonde sia molto più efficiente di altre forme di cottura: in altre parole, ci si aspetterebbe che l’energia che entra dal cavo di alimentazione venga convertita in calore nel cibo e che venga sprecata meno in altri modi. In linea di massima, è corretto: cucinare in un microonde è più economico e veloce che cucinare con un forno convenzionale, perché non è necessario riscaldare il forno stesso prima di poter cucinare.

Ma non è tutto. Se si vuole riscaldare solo una piccola quantità di cibo (o una tazza di acqua calda), un forno a microonde non è necessariamente la cosa migliore da usare. Quando si mette qualcosa nel microonde, oltre a mettere energia nel cibo, si alimenta anche un motore elettrico che fa girare un piatto girevole di vetro relativamente pesante. Anche se non è necessario riscaldare lo scomparto del cibo per far cuocere il forno, un forno a microonde, infatti, diventa abbastanza caldo dopo che è stato acceso per un po’, quindi ci sono alcune perdite di calore. Un magnetrone non è perfettamente efficiente nel convertire l’elettricità in microonde: si scalda. E bisogna anche alimentare un circuito elettronico, un display a timer e probabilmente una ventola di raffreddamento. Presi insieme, tutte queste cose rendono un microonde meno efficiente di quanto potrebbe essere.

Quanto meno efficiente? Il fisico Tom Murphy ha recentemente confrontato l’efficienza energetica di diversi metodi di ebollizione dell’acqua e ha scoperto (forse in modo sorprendente) che è efficiente solo per il 40% circa, che è circa la metà di quella di un bollitore elettrico.

I forni a microonde sono sicuri?

Vi preoccupate di stare troppo vicino al vostro forno a microonde mentre ronza e fa esplodere quel blocco congelato in una cena fumante e gustosa? No! Le cavità di cottura dei forni a microonde sono contenitori metallici sigillati: usate normalmente un microonde e le onde non possono fuoriuscire. Se guardate attentamente l’interno della porta di vetro, vi accorgerete che ha una griglia di metallo incollata sul retro; quei fori che vedete in essa sono troppo piccoli per lasciar passare le microonde. Un’altra caratteristica di sicurezza (chiamata interblocco) vi mantiene sani e salvi: se provate ad aprire la porta, il magnetrone smette di ronzare immediatamente; la maggior parte delle microonde ha in realtà due interblocchi indipendenti in caso di guasto di uno di essi. Naturalmente, è comunque utile prendere delle precauzioni. Non volete che il microonde fuoriesca dal forno, quindi se la porta non si chiude correttamente (forse perché è gommosa con il cibo versato), se la griglia sul retro del vetro ha iniziato ad arrugginire e a sbucciarsi, se gli interblocchi non funzionano, o se la macchina vi dà qualche motivo di pensare che potrebbe perdere, fatela riparare o sostituire subito.

nche se il vostro microonde “perde”, è improbabile che vi faccia male. Anche se i forni a microonde possono produrre una potenza molto elevata all’interno (fino a 1000 watt in un tipico forno di grandi dimensioni), la potenza scende molto rapidamente più ci si allontana. All’esterno della cavità di cottura e ad una certa distanza, anche un forno a microonde che perde produrrebbe solo piccole quantità di radiazioni elettromagnetiche – meno radiazioni di quante se ne ricevano da un cellulare. Secondo la Food and Drug Administration statunitense, ad una distanza di circa 5 cm (2 pollici), la quantità di potenza che un microonde può perdere è di circa 5 milliwatt per centimetro quadrato, che è “molto al di sotto del livello noto per nuocere alle persone”, mentre ad una distanza di circa 50 cm (20in), è di nuovo circa l’1% in più. Anche stando in piedi vicino a un forno a microonde che perde, sarebbe necessario essere esposti a livelli di radiazioni molto più elevati per molto più tempo perché ci sia un rischio reale per la salute. L’Organizzazione Mondiale della Sanità è rassicurante su questo punto: “i danni termici si verificherebbero solo in caso di lunghe esposizioni a livelli di potenza molto elevati, ben superiori a quelli misurati intorno ai forni a microonde”. In altre parole, c’è semplicemente troppa poca potenza per riscaldare il tessuto corporeo a sufficienza per provocare danni.

E se vi siete mai chiesti perché non si può usare il forno a microonde con un cellulare (che, ricordate, usa onde di dimensioni simili), la spiegazione è esattamente la stessa: non c’è abbastanza potenza. Anche se il cellulare si trovasse proprio sopra una cena congelata, non sprigionerebbe abbastanza energia per generare il calore necessario per cucinare, non importa per quanto tempo lo si lasci lì.

 

Ultimo aggiornamento 2021-12-03 / Link di affiliazione / Immagini da Amazon Product Advertising API