عملکرد ماکروفر

عملکرد ماکروفر

عملکرد ماکروفر یا به طور ساده مایکروویو یک اجاق الکتریکی است که غذا را با قرار گرفتن در معرض تابش الکترومغناطیسی در محدوده فرکانس مایکروویو گرم و طبخ می کند. این امر باعث می شود که مولکول های قطبی در غذا بچرخند.  و انرژی حرارتی را در فرآیندی به نام گرمایش دی الکتریک تولید کنند. اجاق‌های مایکروویو غذاها را سریع و کارآمد گرم می‌کنند.  زیرا تحریک در 25 تا 38 میلی‌متر (1 تا 1.5 اینچ) بیرونی یک ماده غذایی همگن و با محتوای آب بالا نسبتاً یکنواخت است.

توسعه مگنترون حفره ای در بریتانیا تولید امواج الکترومغناطیسی با طول موج کافی عملکرد ماکروفر را برای گرم کردن.  موثر مولکول های آب ممکن کرد. مهندس آمریکایی پرسی اسپنسر به طور کلی با اختراع اجاق مایکروویو مدرن پس از جنگ جهانی دوم از فناوری رادار توسعه یافته.  در طول جنگ اعتبار دارد. این محصول با نام “رادرنج” اولین بار در سال 1947 فروخته شد.

اختراع

بعداً مجوز ثبت اختراعات خود را برای یک اجاق مایکروویو خانگی که توسط در سال 1955 معرفی شد.  صادر کرد، اما هنوز هم برای استفاده عمومی خانگی بسیار بزرگ و گران بود.  شرکت شارپ اولین اجاق مایکروویو با صفحه گردان را بین سالهای 1964 تا 1966 معرفی کرد. اجاق مایکروویو کانتر در سال 1967 توسط شرکت آمانا معرفی شد. پس از مقرون به صرفه شدن اجاق‌های مایکروویو برای مصارف مسکونی در اواخر دهه 1970، استفاده از آنها در آشپزخانه‌های تجاری و مسکونی در سراسر جهان گسترش یافت و قیمت‌ها در طول دهه 1980 به سرعت کاهش یافت. مایکروویو علاوه بر پخت و پز غذا، برای گرم کردن در بسیاری از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.

امکانات

اجاق‌های مایکروویو یک وسیله معمول آشپزخانه هستند.  و برای گرم کردن مجدد غذاهایی که قبلا پخته شده‌اند و پختن انواع غذاها محبوب هستند. آنها به سرعت غذاهایی را گرم می کنند که اگر در تابه های معمولی پخته شوند به راحتی می سوزند یا گلوله می شوند، مانند کره داغ، چربی ها، شکلات یا فرنی. اجاق‌های مایکروویو معمولاً غذا را مستقیماً قهوه‌ای یا کاراملی نمی‌کنند.  زیرا به ندرت به دمای لازم برای ایجاد واکنش‌های میلارد می‌رسند.  در مواردی که از اجاق برای گرم کردن روغن سرخ کردنی و سایر اقلام روغنی استفاده می‌شود.  استثنائاتی وجود دارد.  که دمای آنها بسیار بالاتر از دمای آب جوش است.

اجاق های مایکروویو نقش محدودی در پخت و پز حرفه ای دارند. زیرا دمای محدوده جوش اجاق مایکروویو واکنش های شیمیایی خوش طعمی را که سرخ کردن، قهوه ای شدن یا پختن در دمای بالاتر ایجاد می کند.  ایجاد نمی کند. با این حال، چنین منابع گرمایی بالا را می توان به اجاق های مایکروویو به شکل اجاق مایکروویو همرفت اضافه کرد.

تاریخ

تحولات اولیه

بهره برداری از امواج رادیویی با فرکانس بالا برای گرم کردن مواد با توسعه فرستنده های رادیویی لوله خلاء در حدود سال 1920 امکان پذیر شد. تا سال 1930 استفاده از امواج کوتاه برای گرم کردن.  بافت انسانی به درمان پزشکی دیاترمی تبدیل شد. در نمایشگاه جهانی شیکاگو در سال 1933، وستینگهاوس پخت غذاها را بین دو صفحه فلزی متصل به فرستنده موج کوتاه 10 کیلووات، 60 مگاهرتز نشان داد.  غذاهایی مانند استیک و سیب زمینی را می توان در چند دقیقه پخت.

درخواست ثبت اختراع ایالات متحده در سال 1937 توسط آزمایشگاه بل بیان می کند:

این اختراع مربوط به سیستم های گرمایش مواد دی الکتریک است.  و هدف از اختراع گرم کردن این مواد به طور یکنواخت و قابل توجه به طور همزمان در سراسر جرم آنها است. بنابراین پیشنهاد شده است که چنین موادی به طور همزمان در سراسر جرم آنها با استفاده از اتلاف دی الکتریک تولید شده در آنها در هنگام قرار گرفتن در معرض میدان ولتاژ بالا و فرکانس بالا گرم شوند.

با این حال، گرمایش دی الکتریک با فرکانس پایین، همانطور که در حق اختراع فوق توضیح داده شد.  (مانند گرمایش القایی) یک اثر گرمایش الکترومغناطیسی است. که نتیجه اثرات به اصطلاح میدان نزدیک که در یک حفره الکترومغناطیسی وجود دارد. که در مقایسه با طول موج کوچک است. از میدان الکترومغناطیسی این پتنت گرمایش با فرکانس رادیویی را در 10 تا 20 مگاهرتز (به ترتیب طول موج 30 تا 15 متر) پیشنهاد کرد.

گرمایش از امواج مایکروویو که طول موج کوچکی نسبت به حفره دارند. (مانند یک اجاق مایکروویو مدرن) به دلیل اثرات “میدان دور” است.  که ناشی از تابش الکترومغناطیسی کلاسیک است. که انتشار آزادانه نور و امواج مایکروویو را در فاصله مناسبی از منبع خود توصیف می کند.  با این وجود، اثر گرمایش اولیه انواع میدان‌های الکترومغناطیسی در فرکانس‌های رادیویی و مایکروویو از طریق اثر گرمایش دی‌الکتریک رخ می‌دهد.  زیرا مولکول‌های پلاریزه تحت تأثیر یک فیل الکتریکی متناوب سریع قرار می‌گیرند.

کشف

اثر گرمایش یک پرتو مایکروویو با قدرت بالا به طور تصادفی توسط پرسی اسپنسر، یک مهندس خودآموخته آمریکایی از هاولند، مین کشف شد. او که در آن زمان توسط کار می کرد. متوجه شد که امواج مایکروویو از یک مجموعه رادار فعال که روی آن کار می کرد.  شروع به ذوب آبنبات آقای گودبار که در جیب خود داشت. اولین غذایی که عمدا با اجاق مایکروویو اسپنسر پخته شد.  پاپ کورن بود و دومی یک تخم مرغ بود.  که در صورت یکی از آزمایش کنندگان منفجر شد.

اسپنسر برای راستی‌آزمایی یافته‌های خود، یک میدان الکترومغناطیسی با چگالی بالا با تغذیه نیروی مایکروویو از یک مگنترون به جعبه‌ای فلزی که هیچ راهی برای فرار از آن نداشت. ایجاد کرد. وقتی غذا در جعبه با انرژی مایکروویو قرار می گرفت. دمای غذا به سرعت بالا می رفت. یک درخواست ثبت اختراع ایالات متحده برای فرآیند پخت اسپنسر در مایکروویو ثبت کرد. و اجاقی که غذا را با استفاده از انرژی مایکروویو از یک مگنترون گرم می کرد، به زودی برای آزمایش در یک رستوران بوستون قرار گرفت.

یکی دیگر از کشف‌های اولیه فناوری اجاق‌های مایکروویو توسط دانشمندان بریتانیایی، از جمله جیمز لاولاک، بود که در دهه 1950 از آن برای زنده کردن همسترهای یخ‌زده استفاده کرد.

کاربری مسکونی

در حالی که امروزه غیرمعمول است، طیف وسیعی از مایکروویوهای ترکیبی توسط تولید کنندگان عمده لوازم خانگی به عنوان یک پیشرفت طبیعی این فناوری ارائه شد. هر دو تاپان و جنرال الکتریک واحدهایی را ارائه کردند که به نظر می رسید محدوده اجاق گاز/اجاق معمولی باشند، اما دارای قابلیت مایکروویو در حفره اجاق معمولی بودند. چنین محدوده‌هایی برای مصرف‌کنندگان جذاب بودند، زیرا هم انرژی مایکروویو و هم عناصر گرمایشی معمولی می‌توانستند به طور همزمان برای سرعت بخشیدن به پخت و پز استفاده شوند، و هیچ از دست دادن فضای روی میز وجود نداشت. این پیشنهاد همچنین برای تولیدکنندگان جذاب بود زیرا هزینه قطعات اضافی در مقایسه با واحدهای میز که در آن قیمت گذاری به طور فزاینده ای به بازار حساس بود، بهتر می توانست جذب شود.

دسته بندی ها

اجاق‌های مایکروویو خانگی معمولاً با نماد ایمنی مایکروویو، در کنار رتبه‌بندی تقریبی توان خروجی IEC 60705 دستگاه، بر حسب وات (معمولاً: 600 وات، 700 وات، 800 وات، 900 وات، 1000 وات)، و گرمایش اختیاری علامت‌گذاری می‌شوند.

اصول

اجاق مایکروویو با عبور اشعه مایکروویو غذا را گرم می کند. مایکروویوها شکلی از تشعشعات الکترومغناطیسی غیر یونیزه با فرکانس در ناحیه به اصطلاح مایکروویو (300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز) هستند. اجاق‌های مایکروویو از فرکانس‌هایی در یکی از باندهای ISM (صنعتی، علمی، پزشکی) استفاده می‌کنند که در غیر این صورت برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌هایی که برای کار کردن نیازی به مجوز ندارند، استفاده می‌شود، بنابراین با دیگر سرویس‌های رادیویی حیاتی تداخلی ندارند.

میدان الکتریکی

این یک تصور اشتباه رایج است. که اجاق‌های مایکروویو غذا را با رزونانس خاصی از مولکول‌های آب در غذا گرم می‌کنند. در عوض، اجاق‌های مایکروویو با چرخش مولکول‌ها تحت تأثیر یک میدان الکتریکی دائماً در حال تغییر، معمولاً در محدوده فرکانس‌های مایکروویو، گرم می‌شوند و قدرت وات بالاتر اجاق مایکروویو منجر به زمان پخت سریع‌تر می‌شود. به طور معمول، اجاق‌های مصرفی در حدود 2.45 گیگاهرتز اسمی (گیگاهرتز) کار می‌کنند – طول موج 12.2 سانتی‌متر (4.80 اینچ) در باند ISM 2.4 تا 2.5 گیگاهرتز – در حالی که اجاق‌های بزرگ صنعتی/تجاری اغلب از 915 مگا هرتز (32.8 مگاهرتز) استفاده می‌کنند. 12.9 اینچ). در میان تفاوت‌های دیگر، طول موج بلندتر یک اجاق مایکروویو تجاری اجازه می‌دهد تا اثرات حرارتی اولیه عمیق‌تر در غذا یا مایع آغاز شود و بنابراین زودتر به طور یکنواخت در قسمت عمده آن پخش شود، و همچنین دمای داخل غذا را سریع‌تر افزایش می‌دهد.

فرکانس

اجاق مایکروویو از ساختار دوقطبی الکتریکی مولکول‌های آب، چربی‌ها و بسیاری از مواد دیگر در غذا بهره می‌برد و از فرآیندی به نام گرمایش دی الکتریک استفاده می‌کند. این مولکول ها در یک انتها بار مثبت جزئی و در سر دیگر بار منفی جزئی دارند. در یک میدان الکتریکی متناوب، آنها دائماً به دور خود می چرخند، زیرا دائماً سعی می کنند خود را با میدان الکتریکی هماهنگ کنند. این می تواند در طیف وسیعی از فرکانس ها اتفاق بیفتد.

انرژی میدان الکتریکی توسط مولکول های دوقطبی به عنوان انرژی دورانی جذب می شود (یعنی آنها می چرخند). سپس به مولکول‌های غیر دوقطبی دیگر ضربه می‌زنند و باعث می‌شوند که آنها نیز سریع‌تر حرکت کنند و افزایش انرژی خود را در اعماق ماده به اشتراک بگذارند، زیرا چرخش‌های مولکولی، ارتعاشات یا سایر حرکات نشان دهنده افزایش دمای غذا است. بنابراین هنگامی که انرژی میدان الکتریکی در ابتدا جذب شد، گرما به تدریج در جسم پخش می شود، مشابه هر انتقال حرارت دیگری در اثر تماس با جسم داغتر.

یخ زدایی

گرمایش مایکروویو روی آب مایع کارآمدتر از آب منجمد است، جایی که حرکت مولکول‌ها محدودتر است. یخ‌زدایی با تنظیم توان کم انجام می‌شود و زمان لازم را برای انتقال گرما به قسمت‌های یخ زده غذا فراهم می‌کند. گرمایش دی الکتریک آب مایع نیز وابسته به دما است: در دمای 0 درجه سانتیگراد، تلفات دی الکتریک در فرکانس میدانی حدود 10 گیگاهرتز و برای دمای آب بالاتر در فرکانس های میدانی بالاتر بیشترین میزان را دارد.

چربی و شکر

قندها و تری گلیسیریدها (چربی ها و روغن ها) امواج مایکروویو را به دلیل گشتاورهای دوقطبی گروه های هیدروکسیل یا گروه های استری جذب می کنند. گرمایش با مایکروویو روی چربی ها و قندها نسبت به آب کارایی کمتری دارد، زیرا آنها گشتاور دوقطبی مولکولی کمتری دارند.

اگرچه چربی‌ها و شکر معمولاً انرژی را با کارایی کمتری نسبت به آب جذب می‌کنند، اما به طور متناقضی دمای آنها در زمان پخت سریع‌تر و بیشتر از آب افزایش می‌یابد: چربی‌ها و روغن‌ها به انرژی کمتری در هر گرم از مواد برای افزایش دمای خود به میزان 1 درجه سانتیگراد نسبت به آب نیاز دارند. ظرفیت گرمایی ویژه) و تنها پس از رسیدن به دمای بالاتر از آب (دمای لازم برای تبخیر شدن بیشتر است) با “جوش” سرد می شوند.

بنابراین در داخل اجاق های مایکروویو معمولاً به دمای بالاتری می رسند – گاهی اوقات بسیار بالاتر. این می تواند باعث ایجاد دما در روغن یا غذاهای چرب مانند بیکن شود که بسیار بالاتر از نقطه جوش آب است، و به اندازه ای بالا باشد که برخی واکنش های قهوه ای شدن را ایجاد کند، بسیار شبیه به روش کباب کردن معمولی (انگلیس: کباب کردن)، آب پز کردن، یا سرخ کردن با چربی عمیق.

این تأثیر اغلب توسط مصرف کنندگان از آسیب غیرمنتظره به ظروف پلاستیکی هنگامی که مواد غذایی حاوی قند، نشاسته یا چربی بالا در مایکروویو باعث ایجاد دماهای بالاتر می شوند، متوجه می شوند. غذاهای پر آب و با روغن کم به ندرت از دمای جوش آب بیشتر می شود و به پلاستیک آسیب نمی رساند.

ظروف آشپزی

ظروف باید برای مایکروویو شفاف و ظروف رسانا، مانند قابلمه های فلزی، امواج مایکروویو را منعکس باشد.  و از امواج مایکروویو به غذا جلوگیری و ظروف پخت و پز ساخته  از مواد با ضریب نفوذ الکتریکی بالا امواج مایکروویو را جذب و در نتیجه ظروف آشپزی به جای غذا گرم می شوند. ظروف پخت و پز ساخته شده. از رزین ملامین نوعی ظروف معمولی است که در اجاق مایکروویو گرم می شود و کارایی اجاق مایکروویو را کاهش می دهد و خطر سوختگی یا خرد شدن ظروف را ایجاد می کند.

فرار حرارتی

گرمایش مایکروویو می‌تواند باعث خروج حرارتی موضعی در برخی مواد با رسانایی حرارتی کم شود که دارای ثابت‌های دی الکتریک هستند که با دما افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، شیشه است که در صورت گرم کردن از قبل می تواند در اجاق مایکروویو تا حد ذوب شدن ظاهر شود. علاوه بر این، امواج مایکروویو می توانند انواع خاصی از سنگ ها را ذوب کنند و مقادیر کمی سنگ مذاب تولید کنند. برخی از سرامیک ها نیز می توانند ذوب شوند و حتی ممکن است پس از سرد شدن شفاف شوند. فرار حرارتی بیشتر برای مایعات رسانای الکتریکی مانند آب شور است

نفوذ

تصور اشتباه دیگر این است که اجاق‌های مایکروویو غذا را «از داخل به بیرون» می‌پزند، یعنی از مرکز کل توده غذا به بیرون. این ایده از رفتار گرمایشی ناشی می‌شود.  در این حالت، رسوب انرژی گرمایی در داخل یک غذا می تواند از سطح آن بیشتر باشد. همچنین اگر لایه داخلی ظرفیت گرمایی کمتری نسبت به لایه بیرونی داشته باشد و باعث شود به دمای بالاتری برسد، یا حتی اگر لایه داخلی از نظر حرارتی رسانایی بیشتری نسبت به لایه خارجی داشته باشد و با وجود داشتن دمای پایین‌تر، گرم‌تر احساس شود، این اتفاق می‌افتد. با این حال، در بیشتر موارد، با یک ماده غذایی با ساختار یکنواخت یا نسبتاً همگن، امواج مایکروویو در لایه‌های بیرونی ماده در سطحی مشابه با لایه‌های داخلی جذب می‌شوند.

چندین سانتی متر یا بیشتر با اجاق های مایکروویو باشد.  برخلاف روش های کباب کردن / کبابی (مادون قرمز) یا گرمایش همرفتی که گرما را به صورت نازک در سطح غذا می نشینند. عمق نفوذ مایکروویوها به ترکیب مواد غذایی و فرکانس بستگی دارد و فرکانس‌های مایکروویو پایین‌تر (طول موج‌های بلندتر) به عمق بیشتری نفوذ می‌کنند.

مصرف انرژی

در حال استفاده، اجاق‌های مایکروویو می‌توانند کمتر از 50% راندمان تبدیل برق به مایکروویو داشته باشند، اما مدل‌های کارآمد انرژی می‌توانند از راندمان 64% فراتر بروند. پخت و پز روی اجاق گاز بین 40 تا 90 درصد است.

از آنجایی که آنها به ندرت استفاده می شوند. متوسط ​​اجاق مایکروویو خانگی تنها 72 کیلووات ساعت در سال مصرف می کند. در سطح جهانی، اجاق‌های مایکروویو در سال 2018 از 77 تراوات ساعت در سال یا 0.3 درصد از تولید برق جهانی استفاده کردند.

که در مجموع تقریباً 26 کیلووات ساعت در سال است. استانداردهای بهره وری جدید که در سال 2016 توسط وزارت انرژی ایالات متحده تحمیل شد.  به کمتر از 1 وات یا تقریباً 9 کیلووات ساعت در سال، برای اکثر انواع اجاق های مایکروویو نیاز دارد.

خرید ماکروفر