Ogrzewanie mikrofalowe jest w dużej mierze spowodowane przez zmieniające się pola elektryczne i magnetyczne (tj. „mikrofale”) emitowane przez kuchenkę mikrofalową, wpływające na cząsteczki polarne . Ponieważ kierunek pola elektrycznego zmienia się w czasie, polarne cząsteczki (często wody) próbują podążać za polem, zmieniając swoją orientację wewnątrz materiału, aby ustawić się wzdłuż linii pola w konfiguracji korzystnej energetycznie (a mianowicie z dodatnim strona skierowana w tym samym kierunku co linie pola). Ponieważ te cząsteczki szybko zmieniają kierunek ( co najmniej miliony razy na sekundę ), zyskują energię, co powoduje wzrost temperatury materiału. Ten proces nazywa się ogrzewaniem dielektrycznym .

Jednak woda nie jest jedyną polarną cząsteczką na świecie. Możesz samodzielnie przekonać się, że większość tworzyw sztucznych nie „t nagrzewa się w kuchence mikrofalowej, podczas gdy większość przedmiotów szklanych i ceramicznych to robi. Topienie plastikowej miski w kuchence mikrofalowej ma więcej wspólnego z przegrzaniem żywności niż przegrzaniem pojemnika na żywność.

EDYCJA: Po przeprowadzeniu badań w celu odpowiedzi na pytania poruszone w komentarzach do tego posta znalazłem bardzo interesujące informacje o tym, dlaczego szkło i ceramika nagrzewają się w kuchence mikrofalowej, którymi się tutaj podzielę .

Po pierwsze, zgodnie z tym artykułem Królewskiego Towarzystwa Chemicznego, tzw. ceramika „gliniana” jest wypalana na zdecydowanie niższych temperaturach niż w „kamionce”. W rezultacie w pozornie już wyschniętej „ceramice” pozostaje niezauważalna ilość cząsteczek wody, podczas gdy ogromna przewaga cząsteczek wody w „kamionce” została usunięta w wyniku wyższa temperatura wypalania. Wniosek jest taki, że ceramika ceramiczna nagrzewa się w kuchence mikrofalowej, ponieważ zawiera polarne cząsteczki wody, które ulegają nagrzewaniu dielektrycznemu. Z drugiej strony kamionka (i najwyraźniej porcelana) nie nagrzewa się w kuchence mikrofalowej z powodu braku cząsteczek wody. Tak czy inaczej, nadal nie polecałbym podgrzewania porcelany porcelany twojej babci w kuchence mikrofalowej, aby to sprawdzić.

Po drugie, struktura molekularna szkła jest najwyraźniej lokalnie tetraedryczna, ale bez uporządkowania dalekiego zasięgu (tj. jest to amorficzne ciało stałe), co oznacza, że w strukturze molekularnej szkła zwykle znajdują się przestrzenie, w których mogą znajdować się zanieczyszczenia jonowe (głównie sód, patrz to wyjaśnienie , w jaki sposób powstaje szkło, aby zrozumieć chemikalia, które trafiają do produktu końcowego). Zanieczyszczenia te są tylko luźno związane i mogą poruszać się w amorficznej strukturze szkła. Te jony sodu lub innych pierwiastków mają ładunek netto (są jony ), co oznacza, że oscylujące pole elektryczne wytwarzane przez kuchenkę mikrofalową powoduje, że jony poruszają się tam iz powrotem, zyskując energię.Pomysł jest bardzo podobny do rotacji cząsteczek polarnych (które mają dipol elektryczny , ale nie mają ładunku netto), ale mechanizm jest inny (a mianowicie energia translacyjna raczej niż energia obrotowa).

Podsumowując, ceramika najwyraźniej nagrzewa się, ponieważ wciąż zawiera trochę wody, podczas gdy szkło nagrzewa się głównie z powodu obecności częściowo wolnych, naładowanych jonów.

Komentarze

• Nie ' nie jestem pewien, jak dobrze model molekularny odnosi się do szkła. Mechanizm rdzenia polega na tym, że ogrzewana materia ma wewnętrzne pola elektryczne ze względu na nierównomierną gęstość ładunku. Jeśli zewnętrzne pole elektryczne zmienia się, wewnętrzne pole nigdy nie będzie miało możliwości wyrównania.
• Nie ' nie podoba mi się ten rodzaj odpowiedzi: uważam, że wprowadzające w błąd, ponieważ nie ' nie sądzę, że to wyjaśnia straty dielektryczne. Dowodem jest, że straty magnetyczne są maksymalne, gdy kąt między polem a polaryzacją jest największy.
• Myślę, że ceramikę można podgrzać w piecu, ponieważ zawiera wodę, a nie dlatego, że jest polarna. Uważam też, że szkło nie jest podgrzewane w piekarniku (czy nie ' nie wykonałem kontrolowanego eksperymentu, ale pamiętam podgrzewanie szklanki herbaty, a górna część szklanki była zimniejsza) .
• Dobry kawałek ceramiki, który został prawidłowo wypalony, powinien być całkowicie wolny od wilgoci. Być może podgrzewany materiał to szkliwo, a nie glina, ale to ' to inny problem. Szkło to inna sprawa. Istnieje ogromna liczba różnych formuł szklanych, z których niektóre podgrzeją się w kuchence mikrofalowej, a inne wygrały ' t. Nie jestem ' ekspertem w dziedzinie chemii całego szkła i całej ceramiki, ale ' spróbuję przeprowadzić trochę badań można dostać się na komputer (nie tylko na telefon). W międzyczasie możesz włożyć do kuchenki mikrofalowej pustą szklankę lub kubek po kawie i przekonać się sam.
• Jeśli masz zamiar wykonać ten eksperyment, uważaj na plastik, którego używasz; niektóre (np. melamina używana w ” niezniszczalnych ” talerzach i naczyniach) nie tylko znacznie się nagrzeją, ale mogą również wybuchnąć i / lub uwolnić formaldehyd. Śmierdzi w Twojej kuchni od wieków.

To nie jest „t o wodzie”

Ogrzewanie mikrofalowe w rzeczywistości nie ma nic wspólnego z zawartością wilgoci w produktach. Ma wszystko wspólnego z ilością dipoli elektrycznych ( polarne cząsteczki ) w przedmiotowym przedmiocie. Cząsteczki wody (z wieloma innymi cząsteczkami organicznymi) są dipolami elektrycznymi. (Oznacza to, że jedna strona cząsteczki ma ładunek dodatni, a druga strona ma ładunek ujemny.)

Gdy piekarnik wykorzystuje kuchenkę mikrofalową do wytworzenia pola elektrycznego, wszystko dipole elektryczne przesuwają się, aby wyrównać z tym polem. Jeśli kierunek tego pola szybko się zmienia, dajesz tym dipolom energię kinetyczną. Zwiększając energię kinetyczną grupy cząsteczek, zwiększasz temperaturę tej grupy .

Wszelkie materiały zawierające znaczne ilości wybranych ric dipole będą się nagrzewać w kuchence mikrofalowej. Ponadto rezonans cząsteczek wody nie ma nic wspólnego z podgrzewaniem żywności w kuchence mikrofalowej. Oscylacje fal w kuchenkach mikrofalowych są zbyt wolne, aby rezonans mógł odgrywać rolę.

Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z artykułami Wikipedii na temat Kuchenki mikrofalowe i Ogrzewanie dielektryczne , które powinny bardziej wyczerpująco odpowiedzieć na Twoje pytania.

Komentarze

• Pytanie, na które odpowiedź zarówno PipperChip, jak i @Geoffrey nie odpowiada, brzmi: dlaczego ruch cząsteczek polarnych w polu mikrofalowym jest pochłaniający? W końcu poruszają się one synchronicznie wzdłuż linii pola elektrycznego, które mogą być całkiem dobrze wymodelowany jako ruch harmoniczny z tarciem. Co powoduje tarcie?
• @ user31748 W rzeczywistości temperatura układu jest tylko statystyczną miarą całkowitej energii wewnętrznej. Cząsteczki stają się wzbudzone obrotowo, co zwiększa wewnętrzną zwiększając w ten sposób temperaturę. Prawdopodobnie powinieneś przyjąć analogię tarcia do ziarenka soli.
• Powiedziano mi, żebym zmniejszył na soli … Ok, energia wewnętrzna wzrasta, ale pozostaje pytanie: przy uwzględnieniu wzrostu energii wewnętrznej, co jest przyczyną rozpraszania. W jakiś sposób normalnie i spójnie oscylujące dipole ulegają zaburzeniu. W jaki sposób? W przypadku ferromagnetyzmu ” tarcie ” występuje między sąsiednimi domenami, ale co z dielektrykami?Myślę, i jest to tylko niedoinformowane przypuszczenie, że sąsiednie dipole oddziałują elektrycznie i ta interakcja się rozprzestrzenia. Jaki jest prawdziwy mechanizm rozpraszania?
• Istnieje nie tylko idealnie spójny ruch oscylacyjny cząsteczek – zawsze występuje jakiś losowy ruch supermocy. Jest więc szansa, że dwie cząsteczki zderzają się ze sobą – im szybciej się obracają, tym większy jest transfer energii. To z kolei zwiększa niespójność, która podtrzymuje mechanizm rozpraszania.
• Jak powiedziałem, nie rozumiem, ale wiem , że kuchenka mikrofalowa ' częstotliwość robocza nie ma absolutnie nic wspólnego z wodą lub jakąkolwiek inną częstotliwością rezonansową materiału. Każdy przypadek jest przypadkowy. Częstotliwości pasma ISM (przemysłowo-naukowo-medyczne) podane przez FCC zostały określone przez względy regulacyjne / biurokratyczne / dotyczące zakłóceń, a nie przez fizykę.

Nie sądzę, żeby to było ogrzewanie dielektryczne .. jest bardziej podobne do ogrzewania indukcyjnego .. tworzenie prądów wirowych (głównie powierzchniowych), które ogrzewają się poprzez ogrzewanie oporowe. być substancją średnio przewodzącą prąd elektryczny. stąd ceramika zawierająca atomy metalu ciepło – gdzie ceramika zawierająca wyłącznie atomy tlenków metali – nie!

Jest to środowisko prądu przemiennego, więc dokładniejsze byłoby odniesienie się do impedancji biernej obiektu (a nie jego rezystancji omowej).