Микроволновая печь.
Микроволно́вая печь или СВЧ-печь - электронное устройство, предназначенное для подогрева или быстрого приготовления пищи, размораживания продуктов с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (как правило с частотой 2450 МГц).
В промышленности эти печи используются для разморозки, сушки, плавления пластмасс, обжига керамики, разогрева клеев и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).
В отличие от классических печей (например, духовки), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это значительно сокращает время разогрева продукта.

Устройство
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон. Для того, чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 600-900 Вт. Вырабатываемые магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, в верхней части полости), в других - через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира с разогреваемой пищи, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки (обтюраторы) со временем пропитываются жиром, становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые.

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается особой стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам используется гриль.

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Специальное покрытие (биокерамическое - Moulinex, антибактериальное - LG) представляет собой специальное соединение, которое спекается при высокой температуре, благодаря чему покрытие камеры представляет собой абсолютно гладкую поверхность. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду во внутрь микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на неё покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Положительное свойство этого материала - прекрасное отражение микроволн. Минус - то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней поверхности СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
- металлическая камера, в которой концентрируется высокочастотное излучение и куда помещаются разогреваемые продукты;
- трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
- СВЧ-излучатель - магнетрон;
- волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
- цепи управления и коммутации;
- вращающийся столик (стеклянная тарелка) - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
- схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
- вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит внутри, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин.

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в камеру печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомнив, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см, становится ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы находится уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет около четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, которая надежно гасит излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными направляющими на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом же деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине - хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод так называемой широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи (слышать изменения шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.
Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в СВЧ-печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») - даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Нельзя нагревать в микроволновке жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца - из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений не рекомендуется сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом необходимо проткнуть каждую сосиску вилкой).
Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность - вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц.

Принцип работы микроволновой печи основан на процессе преобразования электромагнитного СВЧ-поля. Электромагнитное поле превращается в тепло и бесконтактным образом нагревает помещенный в камеру продукт. В этом и заключается главное отличие микроволновки от других устройств – электрических духовок, газовых духовых шкафов и т.д.

В микроволновых печах нагрев происходит непосредственно в пределах разогреваемого продукта, именно поэтому процесс занимает считанные минуты. А в традиционных печках тепло направлено на поверхность объекта, и распространяется дальше в зависимости от теплопроводных свойств продукта. Само собой, такой способ менее эффективен чем микроволновые волны, к тому же требует гораздо больших познаний в сфере кулинарии.

Даже с течением времени и развитием технологий устройство микроволновки остается неизменным. Да, дизайн совершенствовался и становился более комфортным, функциональность развивалась, появлялись новые способы регулировки времени и мощности. Но принцип работы не меняется и по сей день.

Многие люди путают такие понятия как «микроволновая печь» и «СВЧ печь», но это всего лишь разные названия одного и того же прибора.

Еще десять лет тому назад микроволновки считались непозволительной роскошью и простым дополнением к интерьеру кухни. Всему виной была дороговизна подобных приборов, и далеко не каждый мог себе позволить подобное новшество. Но со временем стало ясно, что это не роскошь, а необходимость, особенно во времена урбанизации и непрекращающейся гонки за деньгами.

За счет чего происходит нагрев?

Принцип работы микроволновки построен на таком элементе как магнетрон. Данное понятие широко известно каждому, кто знаком с миром радиолокационных устройств. Именно благодаря магнетрону человечество получило самый эффективный и простой в эксплуатации прибор для приготовления и разогревания пищи. Это один из наиболее ярких примеров того, как разработки тяжелой промышленности с ошеломительным успехом начали применяться в быту.

Устройство микроволновой печи вкратце можно передать такими словами - магнетрон вырабатывает СВЧ-энергию, которая преобразовывается в тепло. Источниками питания данных элементов являются особые анодно-накальные трансформаторы-стабилизаторы, которые и являются причиной такой высокой цены на микроволновки. Данные стабилизаторы – наиболее дорогостоящий и важный элемент печи.

Изучая принцип действия микроволновой печи, особое внимание уделим конструкции магнитопровода, оснащенного магнитными шунтами. Данное устройство дает возможность менять повышенное напряжение всего лишь в пределах двух процентов, в условиях колебания напряжения сети 10%. Магнитопровод и существенная индуктивная сила рассеивания высоковольтной обмотки являются главными достопримечательностями трансформатора микроволновой печи. На словах все кажется достаточно сложным, но на деле такое устройство показало себя простым и чрезвычайно действенным.

Но на первых этапах разработок создатели столкнулись с такой проблемой как повышенный шум при работе печки. Излишний шум всегда был проблемой многих образцов бытовой техники, но производители легко обошли данный подводный камень. Для понижения уровня шума некоторые детали магнитопровода соединяются при помощи сварки.

Стандартный корпус микроволновки представляет собой прямоугольную камеру, которая играет существенную роль в нагреве. Вырабатываемые волны не просто направляются на разогреваемый объект – они отражаются от стенок корпуса.

Дополнительным элементом, благодаря которому удается обеспечить качественный и равномерный нагрев, является вращающееся блюдце в камере. Вращаясь, оно позволяет волнам равномерно воздействовать на поверхность. Принцип работы таков, что вырабатываемые волны отнюдь не однородны – они могут быть с пучками, узлами и т.д. Магнетрон передает мощность к излучателю посредством волновода прямоугольной формы.

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.

В наши дни многие современные модели оснащены панелями с выбором различных режимов, но на самом деле это всего лишь незначительные добавления – основной принцип работы не меняется.

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.

Микроволновая печь прочно вошла в обиход и стала одним из незаменимых атрибутов любой квартиры. Этот бытовой прибор позволяет за считаные минуты разогреть или приготовить пищу при помощи невидимого для глаза излучения.

Но чтобы узнать, откуда берется это излучение и насколько оно безопасно для человека, необходимо понимать устройство и принцип работы магнетрона микроволновой печи, который и является генератором высокочастотных волн.

Магнетрон

Что такое микроволны и как они нагревают пищу

Микроволновым называется электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 1 м. Данный вид излучения используется не только в бытовых целях, но также в системах навигации и радиолокации, а кроме того обеспечивает работу сотовой связи и спутникового телевидения.

Микроволны могут генерироваться как искусственным, так и естественным способом (например, на Солнце). Другое название микроволн – это излучение сверхвысокой частоты, или СВЧ.

Во всех типах бытовых микроволновок установлена единая частота излучения, равная 2450 МГц. Данная величина является международным стандартом, которого производители бытовой техники должны строго придерживаться, чтобы их продукция не создавала помехи в работе других микроволновых устройств.

Микроволновое излучение

Тепловое воздействие СВЧ-излучения было обнаружено американским физиком Перси Спенсером в 1942 году. Именно он запатентовал применение устройства, генерирующего микроволны, для приготовления пищи, тем самым положив начало использования микроволновых печей в быту.

В последующие несколько десятилетий эта технология была доведена до совершенства, что позволило наладить массовый выпуск простых и недорогих устройств для быстрого .

Чтобы нагреть какой-либо материал в микроволновой печи, необходимо присутствие в его составе дипольных молекул, то есть молекул, имеющих противоположные электрические заряды на обоих концах.

В пищевых продуктах главным их источником является вода. Под воздействием излучения сверхвысокой частоты эти молекулы начинают выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля, меняя свое направление около 5 миллиардов раз в секунду. Возникающее между ними трение сопровождается выделением тепла, которое и нагревает пищу.

Однако микроволны не способны проникнуть глубже, чем на 2-3 см от поверхности продукта, поэтому все, что находится под этим слоем, прогревается за счет теплопроводности от нагретых участков.

Нагрев пищи при помощи СВЧ

Устройство магнетрона и его применение

В большинстве видов микроволновой техники генератором сверхвысокочастотных колебаний является магнетрон. Устройства, похожие по своему принципу действия – клистроны и платинотроны, не получили настолько широкое распространение. Впервые магнетрон был применен в СВЧ-печах в 1960 году. Наиболее часто в технике используется многорезонаторный магнетрон, состоящий из нескольких компонентов:

1. Анод. Представляет собой медный цилиндр, разделенный на сектора с толстыми металлическими стенками. Эти объемные полости и являются резонаторами, создающими кольцевую систему колебаний. На анод подается напряжение порядка 4000 вольт.
2. Катод. Расположен в центральной части магнетрона и представляет собой цилиндр, внутри которого находится нить накаливания. В этой части устройства происходит эмиссия электронов. На подогреватель (нить накала) подается напряжение 3 вольта.
3. Кольцевые магниты. Электромагниты или постоянные магниты большой мощности, расположенные в торцевых частях прибора, необходимы для создания магнитного поля, направленного параллельно оси магнетрона. Движение электронов также осуществляется в этом направлении.
4. Проволочная петля. Она соединена с катодом, закреплена в резонаторе и выведена к антенне-излучателю. Петля служит для вывода сверхвысокочастотного излучения в волновод, после которого оно попадает прямо в камеру микроволновки.

Устройство магнетрона

Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости магнетроны нашли применение во многих сферах, но наибольшее распространение они имеют:

• В СВЧ-печах. Помимо быстрого приготовления и размораживания пищи в бытовых печах, магнетроны позволяют также выполнять производственные задачи. Промышленная микроволновая печь может осуществлять нагрев, сушку, плавление, обжиг и многое другое. При этом важно помнить, что микроволновку нельзя включать пустой, поскольку в этом случае излучение не будет ничем поглощаться и вернется обратно на волновод, что может привести к его поломке.
• В радиолокации. Антенна радара, подключенная к волноводу, фактически является коническим облучателем и используется совместно с параболическим отражателем (тарелкой). Магнетрон вырабатывает мощные короткие импульсы энергии с малой длиной волны, часть которой, отражаясь, снова поступает на антенну и далее на чувствительный приемник, обрабатывающий сигнал и выводящий его на экран.

Магнетроны в радиолокации

Принцип работы магнетрона

Работа микроволновой печи основана на преобразовании электрической энергии в электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, которое приводит в движение молекулы воды, находящиеся в пище. Дипольные молекулы, постоянно меняющие направление, вырабатывают тепло, которое и позволяет быстро нагреть продукты, при этом сохраняя их полезные свойства. Устройством, которое генерирует микроволны, является магнетрон.

Магнетрон, по сути, является электровакуумным диодом, в работе которого применяется явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление возникает в процессе нагрева поверхности эмиттера или катода. Под действием высокой температуры наиболее активные электроны стремятся покинуть его поверхность, но это будет происходить только тогда, когда на анод подается напряжение. При этом возникает электрическое поле, и электроны начинают движение к аноду, направляясь вдоль его силовых линий. Если электроны оказываются в зоне действия магнитного поля, то их траектории отклоняются в сторону направления силовых линий.

Электровакуумный диод

Анод магнетрона имеет форму цилиндра с системой полостей, или резонаторов, внутри которого находится катод с нитью накаливания. Два кольцевых магнита, расположенных по краям анода, создают внутри анода магнитное поле, благодаря которому электроны не движутся напрямую от катода к аноду, а меняют свою траекторию, вращаясь вокруг катода. Вблизи резонаторов электроны отдают им часть своей энергии, что приводит к образованию в их полостях мощного сверхвысокочастотного поля, которое выводится наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне-излучателю.

Чтобы привести в действие магнетрон, необходимо подать на анод высокое напряжение порядка 3-4 тысяч вольт. Поэтому подключение магнетрона к бытовой электросети осуществляется посредством высоковольтного трансформатора. Помимо этого схема включения микроволновой печи включает в себя волновод, передающий излучение внутрь камеры, цепь коммутации, блок управления, а также элементы защиты и охлаждения. Кроме того, внутренние стенки камеры и тонкая металлическая сетка на дверце устройства препятствуют выходу излучения за его пределы.

Схема включения магнетрона

Как магнетрон влияет на мощность СВЧ

Большинство современных производителей микроволновых печей предлагают возможность выбора мощности прибора. От этого параметра, в свою очередь, зависит режим работы (разморозка или нагрев) и скорость нагрева пищи. Однако конструктивные особенности магнетрона не позволяют уменьшить его мощность, поэтому для снижения интенсивности нагрева питание на него подается через определенные промежутки времени. Эти паузы в работе магнетрона можно заметить, если включить микроволновку на средней мощности и прислушаться к звуку ее работы.

Не так давно некоторые производители бытовой техники заявили о появлении ряда моделей микроволновых печей с инверторной схемой питания. Применение этой схемы позволило не только увеличить объем полезного пространства в камере за счет уменьшения габаритов излучателя, но и снизить энергопотребление устройства. В отличие от обычных моделей, температура нагрева в печах инверторного типа меняется плавно, однако их стоимость на порядок выше.

Охлаждение и защита магнетрона

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла, поэтому на его корпус устанавливается радиатор. Поскольку перегрев является основной причиной выхода из строя магнетрона, то для его защиты применяются и другие методы:

1. Термореле. Данное устройство используется для защиты магнетрона, а также гриля, если он имеется в модели. Термопредохранитель оснащен биметаллической пластиной, которая может быть настроена под определенную температуру. При превышении этого значения она изгибается и размыкает цепь питания.
2. Вентилятор. Он не только обдувает прохладным воздухом радиатор магнетрона, но и выполняет ряд других полезных функций, таких как охлаждение электронных компонентов устройства, циркуляция воздуха внутри камеры во время работы гриля, а также отвод горячего пара наружу через специальные отверстия.
3. Система блокировки. Несколько микропереключателей контролируют положение дверцы микроволновки, не позволяя магнетрону включаться при ее открытом положении.

Термореле

Можно ли заменить магнетрон

Главное преимущество современных магнетронов для бытовых микроволновых печей в их взаимозаменяемости. На различные модели микроволновок будут подходить магнетроны производства других фирм, поэтому при необходимости их можно менять. При этом единственным необходимым требованием будет соответствие по мощности. Купить магнетрон можно во многих магазинах электроники, однако чтобы сделать правильный выбор, необходимо разобраться в его параметрах и маркировке. Наиболее часто в микроволновках устанавливаются следующие модели магнетронов:

• 2М 213 (600 Вт номинальной мощности и 700 Вт под нагрузкой);
• 2М 214 (1000 Вт);
• 2М 246 (1150 Вт – наибольшая мощность).

Даже изучив все необходимые параметры этого устройства, производить замену магнетрона в домашних условиях не рекомендуется. Во-первых, снять его самостоятельно будет довольно тяжело, а во-вторых, обеспечить его безопасную работу после установки сможет только квалифицированный специалист.

Стандартная конфигурация магнетрона

Диагностика неисправностей и причины их появления

Замена магнетрона может потребовать довольно существенных финансовых затрат, поэтому прежде чем покупать новое устройство, необходимо произвести диагностику старого, чтобы убедиться, что оно действительно неисправно. Проверка может быть выполнена в домашних условиях с помощью обычного тестера. Для этого потребуется:

1. Отключить микроволновку от электросети.
2. Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
3. «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
4. Провести осмотр термореле.

Диагностика

По окончании диагностики можно сделать выводы о неисправности тех или иных деталей. К основным причинам выхода из строя магнетрона можно отнести следующие:

• Неисправность колпачка вакуумной трубки. Его можно заменить самостоятельно, просто подобрав аналогичный колпачок с другого магнетрона. Посадочные места таких колпачков имеют стандартную конфигурацию.
• Обрыв подогревателя. При или ее неправильной загрузке магнетрон будет перегреваться, что может привести к чрезмерному накаливанию нити и ее обрыву. Для ее диагностики необходимо измерить сопротивление между ножками конденсатора. Если его значение находится в пределах 5-7 Ом, то подогреватель исправен.
• Пробой проходного конденсатора. Если тестер не показывает «бесконечное» значение сопротивления между его контактами, то конденсатор необходимо заменить.

Устройство

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

• металлическая , с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;
• трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
• цепи управления и коммутации;
• непосредственно СВЧ-излучатель - магнетрон ;
• волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
• вспомогательные элементы:
  • вращающийся столик - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
  • схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
  • вентилятор , охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Разновидности

• с конвекцией (означает, что МВП может обдувать продукт горячим воздухом таким же образом, как обычная духовка).

Принцип работы

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы . Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом . А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг - это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке , требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередачи используется частота 33 кГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине - хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).

Мощность печи

Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод т. н. широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

Меры предосторожности

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

Вопросы безопасности

Электромагнитная безопасность

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия. При воздействии излучения 8 и более часов предельно допустимый уровень (ПДУ) - 0,025 мВт/см², при воздействии 2 часа, ПДУ - 0,1 мВт/см², а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ - 1 мВт/см².

Мифы о СВЧ-печах

В прессе встречаются утверждения, что микроволновые печи (со снятой дверцей) могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово .

См. также

Ссылки

• Вода и микроволны (англ.)

За последние десятилетия техника быстрого разогрева пищи довольно оперативно появилась в арсенале кухонного оборудования каждой семьи. Она же пользуется популярностью в офисах и рабочих бытовках.

Маркетологи производителей микроволновых печей заинтересованы в массовых продажах своей продукции. Они распространяют среди населения рекламу, показывающую преимущества своей техники перед аналогичным оборудованием, работающим по другим принципам. При этом опасные факторы микроволновок умело затушевываются обтекаемыми фразами или просто умалчиваются.

Попробуем беспристрастно разобраться в этом запутанном вопросе, чтобы сделать для себя полезные выводы и безопасно, грамотно использовать собственную технику.

Какие опасности таит в себе микроволновка

Ее конструкция подобна сказочному джину, запрятанному в бутылку - корпус, из которого опасная энергия может вылететь при возникновении случайной поломки или за счет неграмотной эксплуатации либо ремонта.

По степеням воздействия на человеческий организм можно выделить 3 различных фактора:

1. облучение сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением;
2. наличие высоковольтного электрического напряжения от двух до четырех киловольт, необходимое для протекания постоянного тока внутри магнетрона;
3. подключение микроволновки к цепи 220 вольт бытовой домашней сети.

Рассмотрим их подробнее.

Высокочастотное излучение

Оно осуществляет непосредственный разогрев пищи в замкнутом пространстве корпуса. Частота 2,45 ГГц вызывает резонансные колебания молекул воды, содержащихся в пище, за счет чего поднимается их температура.

Откуда берется в/ч излучение

Источником СВЧ волн микроволновки работает специальное устройство - магнетрон, имеющее:

• катод с нитью накала, обеспечивающей за счет термоэлектронной эмиссии поток электронов. Подогрев нити осуществляется подачей напряжения 3 вольта;
• анод из меди с пластинами радиаторов охлаждения и внутренними резонаторами;
• постоянные магниты, создающие отклоняющееся магнитное поле;
• антенну СВЧ излучения.

Упрощенно схему магнетрона микроволновки можно представить электронной лампой, в корпусе которой электроны вылетают из катода по направлению к аноду, но попадают в полости резонаторов, формирующих высокочастотные волны, направляемые на антенну.

Более подробно этот вопрос объясняет владелец видеоролика Сергей Булавинов “Как работает магнетрон”.

Как работает схема в/ч излучения

Чем продолжительнее электромагнитные волны воздействуют на пищу, тем сильнее она нагревается. При этом важно понимать, что при работе СВЧ лучи магнетрона воздействуют только на определённые участки, создают отдельные очаги разогрева.

Чтобы сгладить такой недостаток используется поворотный стол в микроволновке, постоянно вращаемый электродвигателем. В итоге пища перемещается относительно лучей и прогревается равномернее.

Внутрь металлов излучение не проникает, а отражается от их поверхности. Общеизвестен факт, что первоначально СВЧ устройства использовались только для военных целей в радарах. Электромагнитные волны такого диапазона далеко распространяются в пространстве, позволяют отслеживать даже скоростные низколетящие самолеты.

При этом они способны воздействовать на компоненты электронного оборудования, нарушать работу мобильных телефонов, компьютеров, телевизоров и любой сложной техники, встретившейся на их пути.

Если внутрь рабочей камеры микроволновки поместить посуду из металла или даже блюдце с красивой золотой каемочкой, то вся энергия магнетрона сосредоточится на этой металлической поверхности, быстро разогреет ее, образуя дуговые разряды и разрушит печку. Восстановить ее работоспособность вряд ли получится.

Объясняется это тем, что работа камеры микроволновки происходит в схеме резонансного режима СВЧ тракта, максимально повышающем мощность разогрева пищи. Он требует обязательное наличие внутреннего источника поглощения энергии, без которого происходит саморазрушение. Об этом производитель предупреждает в своей инструкции.

Опасность воздействия СВЧ микроволновки на организм человека

• Большая доза излучения даже при кратковременном воздействии может создать необратимые процессы. Она очень быстро доводит до кипения маленькие объемы воды. Среди печальных фактов статистики есть случаи, когда люди лишались зрения при прямом попадании лучей в глазное яблоко из-за того, что находящаяся внутри него жидкость практически мгновенно разогревалась до температуры кипения.
• Незаметное вначале облучение других участков тела человека тоже отрицательно сказывается не здоровье, вызывая опасные повреждения органов. Кумулятивное воздействие лучей проявляется не сразу, а со временем, когда образуются геномы, лейкоз или рак кожных участков.
• Люди, пользующиеся кардиостимуляторами, располагаясь около микроволновки, находятся в повышенной группе риска.

Интересен тот факт, что в разных странах границы допустимого влияния СВЧ лучей на человека трактуются не однозначно. По американским меркам принята норма, когда создается плотность потока электромагнитного излучения 1 Вт*с/м кв. Такую энергию человек уже ощущает своими органами и должен без промедления удалиться из опасной зоны, ибо быстро наступает плазмолиз клеток. По нормативам СССР этот показатель снижен в миллион раз - до 1 мкВт*с/м кв.

Как выполнена защита от в/ч излучения

Конструкция любой модели микроволновки состоит из корпуса, внутри которого расположено скрытое от доступа посторонних оборудование, а на лицевой панели установлены органы управления.

Металлическая коробка прямоугольной формы с передней стороны снабжена открывающейся дверцей с прозрачным стеклом и сеточным экраном. Она подвешена на двух запорах и фиксируется в корпусе специальными защелками с усами ограничителями.

Это обязательная часть системы электромеханической блокировки, обеспечивающей безопасность работы микроволновой печи.

Фиксаторы плотно прижимают закрытую дверцу к корпусу, входят в окна-прорези, снабженные специальными концевыми микро выключателями с перекидывающимися контактами. Их состояние соответствует одному из положений: закрыто или открыто пространство рабочей кулинарной камеры. Порядок переключения контактов настроен по времени.

За счет такой конструкции при работе магнетрона создается внутренний объем корпуса по принципу клетки Фарадея, исключающей выход электромагнитного сверхвысокочастотного излучения (СВЧ) из корпуса в помещение с людьми и оборудованием.

Режим работы микроволновки с открытой дверкой - это использование ее в качестве радара, облучающего определённый сектор пространства. Блокировка микро выключателями предотвращает его создание.

Если нарушена работа фиксирующих устройств или подвесы дверцы разбалансированы, то СВЧ излучение микроволновки станет проникать через образованные щели на кухню, создавать опасный фон.

Как проверить дверцу

Способ №1

Существует доступная каждому пользователю методика. Отрезают от листа писчей бумаги с плотностью 90÷110 полоску шириной 5÷7 см. Ее при открытой дверце поочередно закладывают в разные места:

• сверху, снизу петель и между ними;
• около защелок таким же способом.

Когда дверцу закрывают, то полоска бумаги должна удерживаться. Если она извлекается, значит необходима регулировка болтов крепления петель внутри установочных отверстий.

Способ №2

Обыкновенный мобильный телефон помещается в рабочую камеру, а дверца закрывается.

Внимание!
Микроволновку не включать!

Мобильник периодически посылает сигналы связи ближайшей приемной станции для обмена служебной информацией с ней на частоте 0,9÷1,9 ГГц.

Если экранировка исправна, то она нарушит работу этой связи.

Проверить это можно простым звонком на телефон.

Итогом будет один из результатов:

1. телефон молчит, а станция сообщает, что абонент не обнаружен при исправной защите микроволновки;
2. создание связи - при нарушенной.

Стоит заметить, что оба метода позволяют выявить явные дефекты. Более точные способы основаны на измерениях специальными приборами, которых в арсенале домашнего мастера нет.

А вот каналов прохода СВЧ излучения через корпус кроме неплотно закрытой дверцы может быть несколько. Оно хорошо «сифонит» сквозь малейшие щели волновода, проникая через выступающие наружу любые проводники электрического тока.

Антенна магнетрона излучает СВЧ колебания в волновод, который передает их через окно в рабочую камеру на продукты.

Если есть дефекты конструкции, не выявленные при производстве или допущенные при эксплуатации, то часть излучения высокой частоты выйдет из корпуса со всеми вытекающим последствиями.

Это довольно весомая причина не находиться при работе микроволновки ближе двух метров от нее. Особенно она актуальна для маленьких детей, организм которых еще развивается.

Найти и устранить причину выхода СВЧ излучения в домашних условиях без специального оборудования и подготовки невозможно, а ухудшить самостоятельным ремонтом - вполне вероятно.

Высоковольтное напряжение

Для обеспечения магнетрона питанием работает трансформатор, создающий на выходе 2 киловольта. Они поступают через высоковольтный конденсатор, накапливающий заряд и диод, обрезающий половину гармоники, на электроды.

Все эти элементы схемы очень опасны, могут вызвать серьёзную электротравму при неправильном обращении.

Отключение питания от сети еще не гарантирует отсутствие высоковольтного напряжения на оборудовании. Конденсатор хранит его продолжительное время.

Если вздумаете разбирать заводскую конструкцию, то хотя бы выполните нижерасположенные рекомендации.

Последовательность подготовительных операций

Доступ к высоковольтному оборудованию осуществляется в следующем порядке:

1. микроволновка отключается от сети выдергиванием вилки шнура из питающей розетки;
2. засекается время 20 минут, необходимое для разряда емкости высоковольтных конденсаторов штатными резисторами;
3. после окончания выдержки отсоединяется провод заземления (нередко им не пользуются вообще);
4. выжидается 1 час, необходимый для окончания процесса разряда.

Когда все четыре пункта последовательно выполнены можно снимать кожух и искать неисправность. Проверить отсутствие опасных потенциалов будет нелишним. А подавать напряжение на схему для пробных включений или проверок вообще недопустимо.

Помните не только об опасности высоковольтного напряжения, но и СВЧ излучения от магнетрона, которое без экранирования защитным корпусом чрезвычайно опасно.

Напряжение бытовой сети 220 вольт

Микроволновая печь создается для безопасной работы в трехпроводной сети, выполненной по схеме заземления TN-S. Для ее подключения требуется задействовать все .

В схеме питания микроволновой печи часто используют фильтр снижения радиопомех, сглаживающий возможные пульсации напряжения, выдаваемые в сеть. Для его эффективной работы также необходимо учитывать квартиры. Иначе на корпусе микроволновки может образовываться опасный потенциал около 110 вольт.

Это значит, что минимальные неприятные ощущения от прохождения электрического тока через ваше тело уже подготовлены, а более печальные происшествия - не исключены.

Электрическая схема микроволновой печи

Рассмотрим ее на примере модели Samsung RE2900. Она позволяет понять принцип работы, который используется во всех моделях любых производителей и отличается различными специфическими модификациями.

На схеме уже сделаны красным цветом поясняющие пометки.

Сразу в левой части видно, что заземляющий контакт электрической вилки соединен с корпусом, имеющим подключение от средней точки конденсаторной развязки фильтра снижения в/ч помех.

На входе питания схемы расположен плавкий предохранитель FU1. Его состояние необходимо проверять электрическими методами - мультиметром, переключенным в режим омметра.

Второй доступный предохранитель, который может перегореть, защищает микроволновку от использования в аварийном режиме, когда нарушена последовательность работы микровыключателей дверцы.

Чтобы схема магнетрона начала выдавать СВЧ излучение, необходимо разомкнуть контакт исправности микровыключателей дверцы и замкнуть все остальные. Отключение любого приводит к снятию питающего напряжения с высоковольтного трансформатора.

В схему включены два термических предохранителя-датчика, размыкающих свое положение в зависимости от температуры контролируемых объектов:

1. корпуса магнетрона, на котором он установлен;
2. рабочей камеры.

Первый из них работает периодически, защищая магнетрон от перегрева, а второй - при засорении вентиляционных отверстий или неисправностях вентилятора. Проявляется это преждевременным отключением микроволновки до момента времени, установленного программатором.

Электродвигатели таймера и вентилятора охлаждения подключаются контактом страхующего реле, обмотка которого выводится из работы перегоранием предохранителя Monitor fuse.

Микропереключатель управления мощности расположен на таймере и снимает напряжение со схемы питания магнетрона по его алгоритму.

Резистором R1 осуществляется снижение на несколько миллисекунд пускового тока трансформатора за счет работы релейного контакта inrush relay. Он ограничивает импульс, вызванный разрядом высоковольтного конденсатора при включении до момента приобретения им заряда. За счет этого печь плавно входит в режим работы без импульсного включения.

Подобная силовая схема электрических соединений, как видите, довольно проста и надежна в работе. А вот электронные блоки, используемые различными производителями, отличаются многообразием своих конструкций и функциональных возможностей. Но, это тема совсем другой статьи.

Надеемся, что помогли вам понять насколько безопасно работает схема вашей микроволновки, а как ей пользоваться в дальнейшем - решайте самостоятельно с учетом полученных сведений.