Новосибирский государственный технический университет Товароведение и экспертиза электробытовых машин и приборов

3 Микроволновые печи Микроволновые печи относятся к электронагревательным приборам. Нагревание продукта в которых осуществляется за счет облучения продукта высокочастотными электромагнитными волнами. Частота колебаний электромагнитной волны, излучаемой специальным устройством – магнетроном составляет 2450 МГц. Нагревание в продукте осуществляется за счет поляризации молекул воды, жира, белков при воздействии не них электромагнитных волн. В последнее время микроволновые печи все более и более завоевывают рынок. Сначала в них можно было только разогревать пищу и размораживать продукты, теперь же в печах можно готовить любые блюда также, как в духовом шкафу. Стоит отметить еще один из немаловажных моментов: при микроволновом нагреве продукт сохраняет до 40% полезных веществ, витаминов, которые теряются при обыкновенном кондуктивном нагреве на электрической плите. Разморозка продуктов в печи идет очень быстро без потери вкусовых свойств продукта при последующем приготовлении. Несмотря на то, что сегодня повсюду говорится об опасности микроволн, многие специалисты в области микроволновой и электронагревательной техники отмечают, что разогрев или приготовление продукта в СВЧ-печи намного безопасней по уровню воздействия электромагнитных полей на человека, чем на обыкновенной электрической плите или современной варочной панели. 3.1 История микроволновых печей Любопытно, что изобретение, последствия которого изменили быт миллионов людей, было сделано человеком, даже не окончившим среднюю школу. Перси ЛеБарон Спенсер рано осиротел и не имел возможности получить образование. Впрочем, это не помешало инженеру-самоучке Спенсеру за свою жизнь получить 150 патентов на различные изобретения и навсегда вписать свое имя в историю техники. В начале 1940-х гг. Спенсер работал в американской компании Raytheon Corporation над магнетронами — устройствами для генерации микроволнового излучения. Производство магнетронов в те годы еще не было толком налажено — в 1941 г. компания в сутки выпускала всего 17 таких устройств. Спенсеру удалось усовершенствовать конструкцию магнетрона, сделать ее технологичной, в результате чего фирма стала за день производить 2600 магнетронов. Как-то раз (было это в 1946 г.) Спенсер, проводивший эксперименты в лаборатории, обнаружил, что у него в кармане расплавилась сладкая конфета в обертке, что-то вроде сегодняшнего «Сникерса» или «Твикса». Сделав паузу в работе, инженер предположил, что причиной этого стало микроволновое излучение. Следующий эксперимент Перси решил провести с попкорном. Поместив кукурузные зерна рядом с источником микроволн, он в буквальном смысле был осыпан плодами своей догадки, когда зерна взорвались и вся лаборатория была усыпана хлопьями. На следующее утро объектом экспериментов Спенсера стало куриное яйцо. Инженер и его ассистент с интересом наблюдали, как яйцо начало трястись и вибрировать. Излишне любопытный ассистент приблизился к яйцу, чтобы рассмотреть процесс в деталях, и через мгновенье его лицо было залито горячим желтком: яйцо взорвалось. Теперь Спенсер уже не сомневался — с помощью микроволн можно вести тепловую обработку продуктов. Началась работа над кухонной печью принципиально нового типа. К концу 1946 г. компания Raytheon установила в одном из ресторанов Бостона экспериментальное микроволновое устройство, а в 1947 г. выпустила на рынок первую микроволновку Radarange (рисунок 3.1) для предприятий общепита. Устройство размером с холодильник весило почти 300 кг и требовало подключения к магистрали холодной воды, которая охлаждала магнетрон. Стоила печь около 3 000 долларов. Рис 3.1 Первая микроволновая печь Radarange фирмы Raytheon (1947 г.) По мере совершенствования изделия его цена снижалась. Первая бытовая СВЧ-печь фирмы Tappan (1952—55 гг.) стоила «всего» 1295 долларов, а к середине 1960-х цена микроволновки снизилась до 500 долларов. К этому моменту одним из мировых центров производства нового вида бытовой техники стала Япония. В начале 1960-х фирмы Sharp и Panasonic выпустили первые образцы микроволновых печей, поначалу громоздких и больше пригодных для общепита, чем для дома (рис. 3.2). Но в 1966 г. фирмой Sharp был предложен поворотный стол, вращаясь на котором продукты облучались микроволнами со всех сторон. Приготовление пищи стало вестись быстрее и эффективнее. Рис 3.2 Микроволновые печи Sharp (1962 г.) С годами микроволновые печи стали компактными, превратившись из почти двухметрового шкафа в прибор, легко находящий себе место на кухонном столе (рисунок 3.3). Любопытно, что уже тогда для экономии места на кухне конструкторы использовали дверцу, откидывающуюся вперед. Этот принцип и сегодня применяют некоторые фирмы Рис 3.3 Микроволновая печь Amana (1967 г.) Уже в 1975 г. в Америке было продано больше микроволновок, чем газовых плит. В наши дни ежегодный объем продаж этого популярного кухонного прибора составляет десятки миллионов изделий. 3.2 Природа микроволн и устройство микроволновых печей Микроволновое или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение — это часть спектра электромагнитных волн (рис. 3.4), лежащая между волнами, на которых работают радары, и волнами, на которых ведется телевизионное вещание. Чтобы наши микроволновки не мешали ни радарам, ни телевизионным станциям, для них выделена одна частота — 2450 МГц. Все микроволновые печи на всех кухнях мира работают именно на ней. Нетрудно подсчитать, что такой частоте соответствует длина волны излучения 12,25 см. Рис 3.4 Микроволны (СВЧ-волны) в спектре электромагнитных волн Важно отметить то, что, в отличие от ультрафиолета или рентгеновского излучения, СВЧ-волны не являются ионизирующими. Это означает, что никакого радиационного воздействия на продукты питания они не оказывают. Нагрев продукта в печи СВЧ достаточно сложен. Многие молекулы, входящие в состав пищевых продуктов (и прежде всего молекулы воды), обладают полярностью: на одном конце такой молекулы имеется положительный электрический заряд, на другом — отрицательный. Когда пища лежит на столе, молекулы совершают хаотические тепловые колебания (рис. 3.5). Если бы, поместив продукты в печь, мы создали в ее полости постоянное электрическое поле, то все молекулы вытянулись бы в нем «по струнке», «плюсом» — к отрицательному электроду, «минусом» — к положительному. В физике такое явление называется поляризацией. Но электромагнитное поле в нашей микроволновке не постоянное, а, наоборот, весьма переменное: его полярность меняется 4900 миллионов раз в секунду (что соответствует частоте 2450 МГц). В результате молекулы воды и других органических веществ «вращаются» с огромной скоростью. Рис 3.5 Поведение полярных молекул пищевых продуктов: 1 — вне электромагнитного поля, 2 — в постоянном поле, 3 — в высокочастотном переменном поле Тот, кто помнит школьную физику, должен знать, что скорость движения молекул и температура вещества — вещи взаимосвязанные. Быстрые «вращения» молекул приводят к разогреву пищи. Правда, разогрев этот происходит только в относительно тонком (1—3 см) поверхностном слое продуктов. Дальше микроволны не проникают, и тепло может дойти до глубины куска мяса только за счет его естественной теплопроводности. Поэтому, скажем, размораживание мясного филе пойдет быстрее, если вы разрежете его на небольшие куски: поверхность продукта увеличится, а глубина куска уменьшится, и тепло из наружного слоя быстрее проникнет внутрь. Разные вещества по-разному пропускают микроволны (рис. 3.6). Металл отражает излучение, стекло, фарфор, бумага и картон пропускают его, пищевые продукты — поглощают. Что характеризуется одним из важных показателей материалов, из которых изготовлена посуда: диэлектрической проницаемостью. Рис 3.6 Пропускание микроволн разными веществами: 1 — металл, 2 — стекло, фарфор, бумага, 3 — пищевые продукты Механизм генерации микроволн чем-то похож на механизм возникновения звука в свистке, полученном из бутылки. Полость бутылки служит акустическим резонатором такого свистка, а длина звуковой волны определяется размерами бутылки. В магнетроне — источнике микроволнового излучения — резонирующие полости расположены по окружности, а вместо звука в этих восьми отверстиях генерируются электромагнитные волны, длина которых точно так же определяется геометрией резонатора (рис. 3.7). Рис 3.7 Резонирующие полости магнетрона Вид магнетрона в разрезе (рис. 3.8) подтверждает наличие в нем резонирующих полостей. Снаружи этот электронный прибор представляет собой неброскую металлическую коробочку (рис. 3.9), и только надпись на ней «Осторожно! Высокое напряжение» напоминает, что для того, чтобы нить накала магнетрона «зажглась» и начала испускать электроны, к ней нужно подать напряжение 3—4 кВ. Стоить заметить, что вес трансформатора (преобразующего сетевое напряжение 220 В в напряжение нити накала 3-4 кВ) составляет большую часть микроволновой печи. Рис 3.8 Магнетрон в разрезе Рис 3.9 Магнетрон: вид снаружи Устройство микроволновой печи показано на рис. 3.10. В корпусе 1 находится высоковольтный трансформатор 2 и магнетрон 3. Вентилятор 4 служит для отвода тепла, выделяющегося при работе магнетрона. Микроволны, излучаемые антенной 5 магнетрона, по специальному каналу — волноводу 6 поступают в полость 7 печи. Стенки волновода и полости сделаны из металла, отражающего микроволны 8. Многократно отразившись от стенок полости, микроволновое излучение попадает на посуду 9 с пищевыми продуктами, установленную на вращающемся столе 10. Благодаря вращению стола пища равномерно прогревается потоком микроволн. Рис 3.10 Микроволновая печь: 1 — корпус, 2 — высоковольтный трансформатор, 3 — магнетрон, 4 — вентилятор, 5 — антенна, 6 — волновод, 7 — полость печи, 8 — микроволны, 9 — посуда, 10 — вращающийся стол Управление мощностью излучения магнетрона: Любая микроволновая печь позволяет потребителю задать мощность, необходимую для выполнения той или иной функции: от минимальной мощности, достаточной для поддержания пищи подогретой, до полной мощности, которая нужна для приготовления пищи в загруженной продуктами печи. Особенностью магнетронов, применяемых в большинстве микроволновых печей, является то, что они не могут "гореть вполнакала" (то есть работать в половину мощности). Поэтому, чтобы печь работала не на полной, а на уменьшенной мощности, можно лишь периодически выключать магнетрон, прекращая на какое-то время генерацию микроволн. Пример: Когда печь работает на минимальной мощности (пусть это будет 90 Вт, при этом пища в полости печи поддерживается в подогретом состоянии), магнетрон включается на 4 с, затем отключается на 17 с, и эти циклы включения-выключения все время чередуются. Увеличим мощность, скажем, до 160 Вт, если нам нужно разморозить продукты. Теперь магнетрон включается на 6 с, а отключается на 15 с. Прибавим мощность: при 360 Вт длительность циклов включения и выключения почти сравнялась - это 10 с и 11 с соответственно. Заметим, что суммарная длительность циклов включения и выключения магнетрона остается постоянной (4 + 17, 6 + 15, 10 + 11) и составляет 21 с. Наконец, если печь включена на полную мощность (в нашем примере это 1000 Вт), магнетрон работает постоянно, не отключаясь. В последние годы на отечественном рынке появились модели микроволновых печей, в которых питание магнетрона осуществляется через устройство под названием "инвертор" ( от названия этого устройства происходят словосочетания: «инверторная технология нагрева», «инверторная технология питания). Производители этих печей ("Panasonic", "Siemens") подчеркивают такие преимущества инверторной схемы, как компактность узла излучения микроволн, позволяющего увеличить объем полости при неизменных внешних габаритах печи и более эффективное преобразование потребляемой электроэнергии в энергию микроволн. Инверторные системы питания широко применяются, например, в кондиционерах воздуха и позволяют плавно менять их мощность. В СВЧ-печах инверторные системы питания дают возможность плавно менять мощность источника излучения, вместо того чтобы отключать его каждые несколько секунд. Благодаря плавному изменению мощности излучателя микроволн в печах с инвертором температура также меняется плавно, в отличие от традиционных печей, где из-за периодического выключения магнетрона время от времени прекращается подвод излучения. Впрочем, будем справедливы к традиционным печам: эти колебания температуры не столь уж сильны и вряд ли сказываются на качестве приготовленной пищи. Так же, как в случае кондиционеров, печи с инверторной системой питания стоят дороже, чем с традиционной. Перемешивание микроволн: Микроволны, вошедшие по волноводу в полость печи, хаотично отражаются от стенок и рано или поздно попадают на помещенные в печь продукты. При этом на каждую точку, скажем, куриной тушки, которую мы хотим разморозить либо поджарить, приходят волны с самых разных направлений. Неприятность состоит в том, что интерференция волн, приходящих с разными фазами, может сработать как в "плюс", так и в "минус": пришедшие в фазе волны усилят одна другую и прогреют участок, на который они попали, а пришедшие в противофазе - погасят друг друга, и продукт на участке сложения этих волн останется холодным. Чтобы волны проникали в продукты равномерно, их надо "перемешать" в полости печи. Самим же продуктам лучше в буквальном смысле повертеться в полости, подставляя под поток излучения разные части продукта. Так в микроволновых печах появился поворотный стол - блюдо, опирающееся на небольшие ролики и приводимое в движение электромотором. "Перемешивать" микроволны можно разными способами. Наиболее простое решение - подвесить под "потолком" полости мешалку: вращающуюся крыльчатку с металлическими лопастями, которые отражают микроволны. Такая мешалка называется диссектор. Он хорош своей простотой и, как следствие, низкой стоимостью. Но, к сожалению, высокой равномерностью волнового поля СВЧ-печи с механическим отражателем микроволн не отличаются. Сочетание вращающегося диссектора и поворотного стола для продуктов иногда носит специальное название. Так, в микроволновых печах Mielе это называется системой Duplomatic. В некоторых микроволновках (например, модели Y82, Y87, ET6 от "Moulinex") сделаны два поворотных стола, расположенных один над другим. Такая система называется DUO и позволяет готовить два блюда одновременно. Каждый стол имеет отдельный привод через гнездо на задней стенке полости печи. Более тонким, но зато и эффективным способом достижения равномерного волнового поля является тщательная работа над геометрией внутренней полости печи и создание оптимальных условий для отражения волн от ее стенок (см. рисунок 3.10). Такие "продвинутые" системы распределения микроволн у каждого производителя печей имеют свое "фирменное" название. Виды нагрева продукта в печах: Наиболее простые модели СВЧ-печей греют пищу одними только микроволнами. В более сложных моделях в дополнение к ним имеется гриль — электрический нагревательный элемент, подобный тому, что используется в электрических духовках. В последнее время все чаще используется так называемый кварцевый гриль, вмонтированный в «потолок» полости печи (рис. 3.11). Мощность такого гриля составляет 1100—1250 Вт, что является хорошей добавкой к мощности микроволн. Кроме того, в силу своего «верхнего» положения гриль позволяет получить на приготавливаемом блюде румяную корочку. Рис 3.11 Кварцевый гриль Печи некоторых производителей имеют гриль особой конструкции. Например, гриль Perfect микроволновок Electrolux снабжен специальной теплоизоляцией, ограничивающей перегрев наружной стороны корпуса печи (рис. 3.12). КПД такого гриля составляет 45%, в то время как у обычного кварцевого гриля — только 19%. Рис 3.12 Гриль Perfect (микроволновые печи Electrolux) «Робо Гриль» микроволновых печей LG хоть и не является кварцевым, но устроен оригинально: он автоматически меняет угол своего наклона относительно блюда, обеспечивая получение румяной корочки. Кроме того, такой гриль легко мыть. Третьим нагревательным компонентом современной микроволновой печи является кольцевой ТЭН на задней стенке камеры, снабженный вентилятором (рис. 3.13). Мощность кольцевого ТЭНа составляет 1350 Вт. Благодаря такому сочетанию в камере СВЧ-печи реализуется режим принудительной конвекции, благодаря которому продукты равномерно прогреваются со всех сторон. Микроволны + гриль + конвекция (комбинированных нагрев) — вот та триада, наличие которой позволяет реализовать в полости печи широкий набор режимов тепловой обработки продуктов. Рис 3.13 Кольцевой ТЭН с вентилятором Дверца полости нагрева и ее уплотнение: Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит в полости, 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 полость печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомним, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см. Ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти. Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы вмонтирован уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет порядка четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: как известно, 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, надежно гасящей излучение. Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными штырями на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы. Системы управления микроволновых печей: Простейшие и недорогие печи имеют механический таймер либо электронный таймер с механическим управлением для выбора функции и уровня мощности. На панели управления такой печи обычно есть кнопка, которой включается или останавливается вращение поворотного стола. В моделях с цифровой индикацией времени есть кнопки для настройки часов. Гораздо больше функциональных возможностей в моделях СВЧ-печей с электронной системой управления. Такие микроволновки имеют целый набор "органов чувств": это датчики температуры, и датчики, определяющие вес продуктов, установленных на поворотный стол, а также датчики влажности или датчики пара, позволяющие системе управления судить о том, началось ли кипение жидкости в кастрюле. Если датчик обнаруживает пар, система управления понижает мощность магнетрона, поддерживая кипение "на медленном огне". Наиболее функционально насыщенными являются системы управления, основанные на так называемой нечеткой логике (fuzzy logic) - сочетании элементов человеческого и компьютерного способов логического мышления. Набор математических алгоритмов, основанных на опыте человека в тепловой обработке продуктов питания, предварительно заносится в память микропроцессора. Этот "мозг" микроволновой печи принимает сигнал с сенсоров и во время приготовления пищи непрерывно "подстраивает" мощность и режим ее изменения по времени для достижения идеального результата. Тысячи часов приготовления различных блюд в СВЧ-печах в заводских лабораториях позволили создать базу данных для микропроцессора, основанную на практическом опыте. Микроволновая печь начинает свою работу с определения с помощью сенсоров состояния пищевого продукта (масса, температура, степень чувствительности к микроволновому излучению, заморожен он или нет). Потребитель вводит с панели управления желаемый результат, например размораживание или подогрев продуктов. Затем печь начинает тепловую обработку продукта при определенной мощности СВЧ-излучения, указывая предполагаемое время приготовления, которое может изменяться по ходу процесса. Сенсоры продолжают обрабатывать информацию, а микропроцессор изделия решает, как привести мощность и режим ее изменения по времени в соответствие с новыми данными. Наличие электронной "памяти" позволяет современным микроволновкам хранить в ней множество программ приготовления продуктов. Ряд производителей заранее закладывают в микропроцессор программы приготовления блюд русской кухни: так, у Sharp (R-877H, R-870B и др.) в микроволновку заложены режимы для пельменей, вареников, блинов и многих других блюд. А если программ недостаточно , владелец СВЧ-печи последнего поколения может скачать их из Интернета. Такой возможностью обладает, например, микроволновая печь MH-6688NL

Похожие:

	Минобрнауки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего Товароведение. Товароведение и экспертиза товаров во внутренней и внешней торговле, Товароведение и экспертиза товаров в таможенной...		1 Состояние развития производства и потребления электробытовых товаров. 5 Экспертиза ассортимента и качества электробытовых товаров в магазине «Эльдорадо». 22
	Основа вежливости в английской лингвокультуре: джентльменство (gentlemanliness)... «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» (новосибирский государственный университет, нгу)		Курсовая работа по дисциплине: «Товароведение и экспертиза качества промышленных товаров» Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет...
	Новосибирский государственный технический университет Iii инновационный проект «экопоселение»: анализ эффективности и особенности финансовой реализации 76		Новосибирский государственный технический университет Сборник лабораторных работ для студентов фла направления 280200 – «Защита окружающей среды»
	Российской Федерации Новосибирский государственный технический университет... Основные характеристики некоторых существующих cad/cam систем		Программа государственного экзамена по специальности 080401. 65 «товароведение... «Товароведение и экспертиза товаров (по областям применения)» и Положения об итоговой аттестации по специальности
	Ульяновский государственный технический университет Положением о закупке товаров, работ, услуг федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования...		Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «товароведение,... «товароведение, экспертиза в таможенном деле (продовольственные и непродовольсвенные товары)»
	Методические рекомендации по прохождению преддипломной практики для... Настоящие методические указания разработаны на основе требований фгос спо по специальности 380205 Товароведение и экспертиза качества...		Федеральное агентство по образованию новосибирский государственный... Лабораторная работа № Мировые библиотеки. Работа в электронных каталогах библиотек 14
	Российской Федерации Новосибирский государственный педагогический... Печатается по решению кафедры анатомии, физиологии и валеологии Новосибирского государственного педагогического университета и Западно-Сибирского...		Рабочая программа учебной дисциплины «Товароведение, биологическая... Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 36. 03. 01 Ветеринарно-санитарная...
	Извещение о проведении открытого аукциона в электронной форме №109аэ-17... Заказчик Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный технический...		Российской Федерации Тверской государственный технический университет... Составлены в соответствии с программой дисциплин «Тракторы и автомобили» и «Транспортные и базовые машины» Тверского государственного...