Микроволновая печь: принцип работы

Сегодня микроволновую печь можно встретить практически во всех современных квартирах. И ведь неспроста. Это обусловлено удобством бытового прибора, который умеет разогревать, размораживать и готовить. А некоторые устройства со встроенным грилем и программным управлением могут запекать, зажаривать и даже готовить много сложных блюд.

Благодаря научно-техническому прогрессу в устройствах повысилась безопасность использования, электронная система управления облегчила использование, но фундаментальные принципы работы микроволновки не менялся от самого ее создания.

Принцип работы микроволновой печи

Основные физические процессы, протекающие в камере микроволновки довольно просты. Сверхвысокочастотное излучение, проходя через разогреваемую пищу, действует на молекулы воды в них. Броуновское движение частиц ускоряется, они чаще сталкиваются, передавая энергию (увеличивается трение молекул) и таким образом происходит разогрев блюда. Но это объясняет только саму основу процесса.

СВЧ действует именно на молекулы воды, но поставив в микроволновую печь дистиллят и включив ее, можно увидеть, что температура жидкости поменяется несильно. Так почему же все-таки продукты нагреваются? На самом деле трение возникает на стыке разных по плотности сред. А так как все органические материалы неоднородны по своей структуре и обязательно имеют в своем составе воду, то и возникают разноамплитудные колебания.

В камеру микроволновой печи категорически запрещается помещать металлические предметы. При воздействии на них сверхчастотным излучением, возникают поверхностные токи. Это приводит к образованию искрового и дугового пробоя на внутренние стенки устройства. Однако с развитием технологий и здесь производители нашли выход из ситуации. Некоторые бренды выпускают устройства, в которые разрешено закладывать посуду с металлическими ободками, с тиснением фольгой, столовые приборы и пр.

Основные элементы микроволновки

Микроволновая печь только с первого взгляда может показаться сложным устройством. Человека вводят в заблуждение огромное число кнопок, индикаторов, средств программирования и пр. На практике же любая подобная техника, независимо от способа управления и конструкции, состоит из нескольких основных элементов:

• Блок генерации высокочастотного электромагнитного поля с магнетроном и волноводами.
• Преобразователь напряжения, главный модуль – повышающий трансформатор.
• Элементы контроля – группа датчиков.
• Средства вторичной защиты.
• Схема управления устройством.

В более современных и сложных моделях могут присутствовать дополнительные элементы, такие как гриль, вторичные рассеиватели волн, дополнительные узлы генерации и пр. Далее рассмотрим более подробно как действует каждый блок во время их включения в работу при использовании бытовой техники.

✍ Схема управления

Основная электросхема микроволновки, с которой взаимодействует пользователь – блок управления. Здесь посредством кнопок, механических переключателей и регуляторов можно задать необходимые рабочие установки. Сюда относится мощность излучения, время работы и другое.

По сложности схема управления также может отличаться. Наиболее простой тип – это механический круговой регулятор мощности и таймер отключения. С их помощью задается сила и время облучения СВЧ лучами продуктов. Второй многим знакомый способ управления – гибридный. Механический регулятор и панель с кнопками. По основным параметрам его функционал не сильно отличается от вариант с механической регулировкой.

Иногда встречаются микроволновки с сенсорным управлением. Суть ее не отличается от кнопочной техники. Но такое оборудование имеет некоторые преимущества – оно не требовательно в обслуживании и надежно. В более продвинутых системах управления предусмотрено программирование – переключение режимов работа по предустановленным параметрам.

✍ Преобразователь напряжения

В микроволновой печи есть целая группа элементов, представляющих риск для жизни и здоровья человека. И самый основной – повышающий трансформатор. После включения микроволновки в работу он начинает выдавать напряжение до 4 000 вольт. В это время ток достигает значений в 10 ампер, а для остановки сердца человека достаточно 0.25 А. Это представляет серьезную опасность для пользователя.

Магнетрон – основа всего микроволнового устройства. Это своеобразная вакуумная лампа, похожая на кинескоп старого телевизора. Разница лишь в том, что магнетрон излучает интенсивные электромагнитные волны сверхвысокой частоты, которые образуются вследствие прохождения через магнитное поле свободных электронов.

Блок генерации не заканчивается только на источнике СВЧ волн. Для их передачи в рабочую камеру микроволновой печи устанавливаются волноводы. Они находятся сразу за пластиной из слюды, которую можно увидеть в открытую дверку микроволновки.

✍ Основная и вторичная защита

Зачем нужны контрольные датчики догадаться несложно. Их задача контролировать работу ключевых элементов электроники, а также аппаратную часть и следить, чтобы они не вышли в критические режимы работы. Датчики обеспечивают безопасную работу устройства и предотвращают опасные перебои.

Но, помимо этого, у микроволновок существует и система защита, которая предназначена не для безопасности пользователя. Ниже подробнее расскажем об их назначении.

То есть понимаем, что схемы контроля запускают работу магнетрона. С ее помощью также задаются параметры работы устройства, отсчитывается время включения, регулируется мощность и прочее. Но также в технике есть обратная связь между системами безопасности и управления. Сигнал первых может полностью остановить работу микроволновки, изменить режим, отобразить оповещение об ошибке или издать соответствующий звуковой сигнал.

✍ Схема распределения СВЧ излучения

Для начала немного подробнее следует разобрать работает блок генерации СВЧ. Конструктивно магнетрон представляет собой излучатель с обмоткой, генерирующей электромагнитное магнитное поле. Это устройство постепенно изнашивается. Большинство из нас замечали, что микроволновая печь со временем греет все слабее. И это нормально, ведь любое оборудование имеет свой ресурс и рано или поздно выходит из строя.

В бытовых приборах разных брендов могут применяться отличающиеся между собой схемы распределения высокочастотного излучения.  В большинстве стандартных устройств от магнетрона в сторону рабочего отсека размещается только волновод, который закрывается пластиной из слюды. Такое решение предотвращает попадание внутрь мусора, жира и пара.

В некоторых моделях микроволновок задействован другой принцип – размещается главный волновод и несколько щелевых антенн. Благодаря этому пучок энергии распределяется равномернее и формирует 3D-излучение. К тому же «умное» изменение мощности излучения во время работы помогает добиться плавного разогрева блюда по всему объему.

Но наиболее важным параметром в генерации СВЧ волн считаются частота излучения. В современной микроволновке она составляет 2.45 ГГц. Такая характеристика задана неслучайно Частота является резонансной для молекул воды, что заставляет их двигаться с большей амплитудой. В результате чего продукты начинают разогреваться.

Хотя есть и другие решения, с помощью которых можно ускорить процесс разогрева. Это так называемые диссекторы. Конструктивно устройство похоже на вентилятор, размещенный в верхней части камеры микроволновой печи. Но его задача не в обдувании воздухом, а в рассеивании сверхвысокочастотных волн.

Назначение других функциональных элементов более понятное. Например, гриль воздействует на еду инфракрасным излучением. Благодаря этому можно запекать продукты и получать красивую хрустящую корочку. На некоторых моделях дополнительно устанавливают вентиляторы, отводящие тепло и прочее.

✍ Система защиты

Отдельно стоит разобрать работу систем безопасности. Условно их можно разделить на две основные группы:

• Контролирующие аппаратную часть – их задача блокировать потенциально аварийные ситуации и поддерживать нормальную работу электроники. Сюда входят температурные датчики магнетрона, предохранители, вентиляторы системы охлаждения.
• Защита пользователя от электрического тока и сверхвысокочастотного излучения.

Защиту от поражения электрическим током видел каждый, кто хоть раз разбирал микроволновую печь. В важных монтажных зонах находятся микровыключатели. Если крышку снять, микроволновка не включится. Сделать это не даст защита.

Более интересной считается система нейтрализации СВЧ излучения. Для начала нужно усвоить, что его просто невозможно локализовать внутри микроволновки. Волны будут отражаться от любых поверхностей и от блюда тоже. Поэтому на стекло дверки обязательно устанавливается металлическая решетка. Это своего рода антенна. Она подключается к разряднику, который передает накопленную энергию в основную электросеть устройства.

Зная все это несложно понять, как устроена и принцип работы микроволновой печи. Но если вы планируете ее чинить, тогда необходимо хотя бы в общих чертах разобраться как ее элементы взаимодействуют между собой. Разобраться в этом поможет электрическая схема микроволновки.

✍ Электрическая схема СВЧ

В схеме можно разобраться как происходит преобразование энергии, и работает система безопасности. Здесь главным контуром выступаем шумоподавитель, который гасит колебания, формируемые в разряднике на дверке и защищает таким образом человека от СВЧ излучения.

Далее следует основная система безопасности. Сюда входит блок контактов, который размещен на дверке. Один контролирует плотность прилегания к корпусу, второй положение замка, третий положение ручки. Если хоть один из них не замкнется, микроволновку включить не удастся.

Следующий функциональный блок – привода и подсветка. Здесь нет ничего сложного. На электродвигатель, который раскручивает поддон, вентилятор и лампочку подается постоянное напряжение. По завершении процесса, таймер разрывает электрическую цепь.

И последний контур – повышающий трансформатор, датчик температурного контроля магнетрона, схема безопасности от пробоев и плавкий предохранитель. В конце любой схемы микроволновой печи находится магнетрон.

Насколько опасна микроволновка

Рассуждения на тему опасности микроволновых печей ведутся с самого их появления на рынке. Но на сегодня нет хоть сколько-нибудь достоверных фактов, подтверждающих нанесение вреда здоровью от использования техники для приготовления и разогрева пищи.

Обычная плита и духовой шкаф не могут похвастаться такими результатами. При правильной эксплуатации устройства, никакой опасности человеку оно не несет. Это объясняется и тем, как устроена система защиты микроволновки, о которой мы говорили выше.

Вред скорее принесет вредная еда (что-то из фастфуда), приготовленная в микроволновой печи, а не само излучение. Ведь опасность пирогов, пиццы, бургеров и другой жирной пищи, заключается не в том, что она приготовлена в том или ином устройстве, а в большом количестве калорий, быстрому их усваиванию и переработке в подкожные жиры.

Как меняются свойства еды после разогрева в микроволновой печи

Ярые противники использования микроволновых печей, помимо страшилок о вреде излучения, аргументируют свои страхи изменением молекулярного состава пищи. Но во время разогрева структура продуктов совсем не меняется, молекулы лишь начинают двигаться быстрее.

Утверждения, что вкус разогретого блюда отличается от свежеприготовленного, легко опровергаются физическими принципами воздействия СВЧ излучения. И если подогретое на плите или сковороде блюдо становится горячим только снаружи, то сверхчастотные микроволны проникают глубоко внутрь продуктов.

Но также стоит знать, что есть некоторые продукты, которые категорически не рекомендовано класть в микроволновую печь. К таким относятся грудное молоко, яйца и другие продукты в цельной оболочке. Они могут разорваться и испачкать камеру бытового прибора.

Наиболее частая поломка микроволновок

Практически во всех микроволновках со временем встречается одна и та неисправность. Они перестают реагировать на поворот рычага или кнопку активации работы. В большинстве случаев происходит это из-за засоров или выхода из строя микропереключателей, которые защищают устройство от случайного включения при открытой дверке. На ней имеется специальный язычок, замыкающий или размыкающий контакты, которые соединены последовательно.

Если из строя выйдет хоть один из них, остальные также не будут работать. В большинстве случаев это происходит из-за попадания внутрь мелкого мусора. Диагностировать неисправность довольно просто. Нужно резко захлопнуть дверку и, если техника заработает нужно заменить микропереключатели либо почистить прилегающий к нему механизм.

Но может быть и так, что микропереключатели исправны, контакты чистые, а микроволновка все равно не работает. В таком случае стоит проверить целостность язычка на дверке, который нажимает на контактную группу. Это касается моделей, у которых дверка закрывается на защелку и для ее открытия нужно нажимать на специальную лапку, расположенную на корпусе устройства. Может быть так, что язычок еще не сломан, но дужка изгибается и не замыкает контакты.

Заключение

Когда начинаешь разбираться микроволновая печь может показаться очень опасным прибором, который требует сложного обслуживания с учетом многих технических особенностей. Но на самом деле это не совсем так. Использовать микроволновку просто и безопасно. Разбирать корпус для очистки основных деталей не придется. Для ее нормальной работы, достаточно поддерживать в чистоте внутреннюю камеру и стекло дверки. Также нужно периодически снимать и очищать слюдяную пластинку, закрывающую волновод. Тогда микроволновая печь будет работать правильно и долго.