Köögifüüsika on pea sama vana kui köök ise. Mikrolaineahi on seevastu suhteliselt hiline lisand meie kööki. Kui Ameerikas sai ta laiatarbekaubaks juba seitsmekümnendatel, siis Eestis hakkas see köögiatribuut levima tunduvalt hiljem. Kuidas mikrolaineahi töötab?
Kui tavaline ahi soojendab toitu vahetu soojusülekande abil, siis mikrolaineahi teeb seda toidu koostismolekule mikrolainekiirgusega “raputades”. Mikrolainete all mõistetakse kiirgust sagedusega 1–300 GHz ehk siis lainepikkusega 30 sentimeetrist 1 millimeetrini, harilikus mikrolaineahjus kasutatakse kiirgust sagedusega 2,45 GHz. Teadaolevalt avastas mikrolainete toitusoojendava mõju juhuslikult Percy Spencer 1940. aastatel, kui ta ühe mikrolaineradari kõrvale oma pähklikommi unustas ja radar selle ära sulatas. Esimene äriline ahi ehitati 1954 ja laiatarbekaubaks sai ta, nagu mainitud, möödunud sajandi seitsmekümnendatel.
Mikrolainekiirgust toodetakse mikrolaineahju nagu ka sõjaliste radarite jaoks magnetronis. Magnetron on seade, kus elektronid koondatakse suure pinge abil negatiivselt laetud plaadile, kust nad hakkavad liikuma positiivselt laetud plaadi poole. Seadmesse asetatud magneti abil muudetakse elektronide liikumistee spiraalseks ning vahepeale pandud antenni abil tõmmatakse osa kiirgusest küpsetuskambrisse. Elektronide trajektooride spiraalsus on vajalik, et luua resonantssagedus, mille abil muutub kiirgus üldse praktiliselt kasutatavaks. Tuleb märkida, et magnetroni näol on tegu ütlemata efektiivse seadmega, sest tema kasutegur on ligi 65–70 protsenti.
Nüüd aga kõige tähtsama küsimuse juurde. Kuidas mikrolained ikkagi toitu soojendavad? Päris paljud molekulid, nagu näiteks vee molekulid, on polaarsed. See tähendab, et positiivne ja negatiivne laeng pole jaotunud ühtlaselt üle molekuli, vaid teatud osades on ülekaalus negatiivne laeng ja teistes osades positiivne laeng. Kui selliseid molekule kiiritada mikrolainetega, siis üritavad nad keerata end välise elektromagnetvälja suunda, mida kannavad mikrolained. Sedasi sunnib mikrolainekiirgus molekuli keerama end pidevalt uutesse suundadesse ning selline mehaaniline pöörlemine põhjustabki toidu soojenemise. Just seepärast soojendab mikrolaineahi veerikkaid toite ka paremini kui neid, mis sisaldavad rohkesti rasva ja suhkrut.
Sageli arvatakse, et mikrolaineahi soojendab toitu seestpoolt väljapoole. See on siiski poolik tõde, sest päris toidu keskele ei pruugi mikrolained alati tungida. Küll on aga tõsi, et näiteks taldrikuid ja kruuse mikrolaineahi märkimisväärselt ei soojenda, sest nendes praktiliselt puuduvad polaarsed molekulid. Seega soojendab mikrolaineahi toitu kogu ulatuses, kus eksisteerivad veesarnased molekulid. Üks mikrolaineahju puudus seisneb selles, et temaga ei saa toitu pruunistada – esiteks ei tõuse mikrolaineahjus eriti toitu ümbritseva keskkonna temperatuur, ja teiseks on pruunistamine väga otseselt seotud suhkrute reaktsioonidega, mida mikrolained teadupärast väga ei soojenda.
Kui rääkida huvitavatest nähtustest, mida mikrolaineahjuga teha saab, siis ei või märkimata jätta, et mikrolaineahjuga on võimalik tekitada nn ülikeevat olekut ehk tõsta näiteks vee temperatuuri paar kraadi üle vee keemistemperatuuri, ilma et ta keema hakkaks. Samuti peab märkima, et küpsetuskamber on mikrolaineahjus tegelikul Faraday puur, see tähendab, et elektromagnetlained ei pääse sealt välja. Miks siis pääseb luugist läbi nähtav valgus, mis on ju oma olemuselt samuti elektromagnetlaine? Võti peitub siin kasutatava Faraday puuri võresõlmede suuruses. Nimelt on mikrolainete jaoks barjäärina mõjuva sõlme silm palju suurem kui valguse oma.
Tiit Sepp (1985) on Tartu Ülikooli füüsikatudeng, sama TÜ Füüsika Instituudi teoreetilise füüsika labori liige ja Eesti Füüsika Seltsi veebiportaali www.fyysika.ee toimetaja.
Kui tavaline ahi soojendab toitu vahetu soojusülekande abil, siis mikrolaineahi teeb seda toidu koostismolekule mikrolainekiirgusega “raputades”. Mikrolainete all mõistetakse kiirgust sagedusega 1–300 GHz ehk siis lainepikkusega 30 sentimeetrist 1 millimeetrini, harilikus mikrolaineahjus kasutatakse kiirgust sagedusega 2,45 GHz. Teadaolevalt avastas mikrolainete toitusoojendava mõju juhuslikult Percy Spencer 1940. aastatel, kui ta ühe mikrolaineradari kõrvale oma pähklikommi unustas ja radar selle ära sulatas. Esimene äriline ahi ehitati 1954 ja laiatarbekaubaks sai ta, nagu mainitud, möödunud sajandi seitsmekümnendatel.
Mikrolainekiirgust toodetakse mikrolaineahju nagu ka sõjaliste radarite jaoks magnetronis. Magnetron on seade, kus elektronid koondatakse suure pinge abil negatiivselt laetud plaadile, kust nad hakkavad liikuma positiivselt laetud plaadi poole. Seadmesse asetatud magneti abil muudetakse elektronide liikumistee spiraalseks ning vahepeale pandud antenni abil tõmmatakse osa kiirgusest küpsetuskambrisse. Elektronide trajektooride spiraalsus on vajalik, et luua resonantssagedus, mille abil muutub kiirgus üldse praktiliselt kasutatavaks. Tuleb märkida, et magnetroni näol on tegu ütlemata efektiivse seadmega, sest tema kasutegur on ligi 65–70 protsenti.
Nüüd aga kõige tähtsama küsimuse juurde. Kuidas mikrolained ikkagi toitu soojendavad? Päris paljud molekulid, nagu näiteks vee molekulid, on polaarsed. See tähendab, et positiivne ja negatiivne laeng pole jaotunud ühtlaselt üle molekuli, vaid teatud osades on ülekaalus negatiivne laeng ja teistes osades positiivne laeng. Kui selliseid molekule kiiritada mikrolainetega, siis üritavad nad keerata end välise elektromagnetvälja suunda, mida kannavad mikrolained. Sedasi sunnib mikrolainekiirgus molekuli keerama end pidevalt uutesse suundadesse ning selline mehaaniline pöörlemine põhjustabki toidu soojenemise. Just seepärast soojendab mikrolaineahi veerikkaid toite ka paremini kui neid, mis sisaldavad rohkesti rasva ja suhkrut.
Sageli arvatakse, et mikrolaineahi soojendab toitu seestpoolt väljapoole. See on siiski poolik tõde, sest päris toidu keskele ei pruugi mikrolained alati tungida. Küll on aga tõsi, et näiteks taldrikuid ja kruuse mikrolaineahi märkimisväärselt ei soojenda, sest nendes praktiliselt puuduvad polaarsed molekulid. Seega soojendab mikrolaineahi toitu kogu ulatuses, kus eksisteerivad veesarnased molekulid. Üks mikrolaineahju puudus seisneb selles, et temaga ei saa toitu pruunistada – esiteks ei tõuse mikrolaineahjus eriti toitu ümbritseva keskkonna temperatuur, ja teiseks on pruunistamine väga otseselt seotud suhkrute reaktsioonidega, mida mikrolained teadupärast väga ei soojenda.
Kui rääkida huvitavatest nähtustest, mida mikrolaineahjuga teha saab, siis ei või märkimata jätta, et mikrolaineahjuga on võimalik tekitada nn ülikeevat olekut ehk tõsta näiteks vee temperatuuri paar kraadi üle vee keemistemperatuuri, ilma et ta keema hakkaks. Samuti peab märkima, et küpsetuskamber on mikrolaineahjus tegelikul Faraday puur, see tähendab, et elektromagnetlained ei pääse sealt välja. Miks siis pääseb luugist läbi nähtav valgus, mis on ju oma olemuselt samuti elektromagnetlaine? Võti peitub siin kasutatava Faraday puuri võresõlmede suuruses. Nimelt on mikrolainete jaoks barjäärina mõjuva sõlme silm palju suurem kui valguse oma.
Tiit Sepp (1985) on Tartu Ülikooli füüsikatudeng, sama TÜ Füüsika Instituudi teoreetilise füüsika labori liige ja Eesti Füüsika Seltsi veebiportaali www.fyysika.ee toimetaja.
