Как придумали микроволновку и почему в СВЧ-печи взрываются яйца

06 мая 2022 в 8:00
Автор: Ян Альшевский

Как придумали микроволновку и почему в СВЧ-печи взрываются яйца

Появление микроволновки окутано тайнами и легендами. Существует общепринятое мнение, согласно которому микроволновую печь создали случайно в 1940-х годах. На деле все несколько иначе: к технологии присматривались и до этого, но, как говорится, «не настало подходящее время», да и как именно ее применять, было не до конца ясно.

Главный наш сегодняшний вопрос — почему яйца взрываются в микроволновке. Но сначала немного истории и теории.

История появления микроволновых печей

Относительно готовый вариант дальнего «предка» микроволновки еще в 1933 году показала компания Westinghouse на ежегодной выставке World’s Fair в Чикаго. Принцип действия массивного устройства отличался от того, который затем начали применять в микроволновых печах, однако с чего-то надо было начинать. Вероятно, такой девайс прекрасно смотрелся бы в антураже игры Fallout: для демонстрационной готовки применялся 10-киловаттный передатчик, исторгавший коротковолновое излучение, а еду — мясо с картошкой — размещали между двух металлических пластин.

В последующие годы инженеры занялись доработкой магнетронов, которые начали обретать свои черты еще в 1920-х годах. Косвенно лепту в создание современных микроволновок внесли британский физик сэр Джон Туртон Рэндалл и его коллеги, которые в 1940-м предоставили свою технологию сборки магнетронов американцам — взамен на помощь во Второй мировой войне.

Выпуском магнетронов, которые были необходимы для функционирования радаров, среди прочих занялась и американская компания Raytheon. Как раз в ней работал инженер-самоучка Перси Спенсер, к тому времени получивший признание как один из ведущих специалистов в мире в области ключевых компонентов для радаров.

Перси Спенсер рядом с ранним прототипом микроволновки. Фото из архива семьи Спенсер

История гласит, что микроволновки появились по воле случая. Во время испытаний очередной модели магнетрона Перси Спенсер обратил внимание на шоколадный батончик в кармане: тот расплавился. Само по себе это не стало открытием (подобное случалось и ранее), однако именно Спенсер заинтересовался причинами произошедшего. Тогда он разместил неподалеку от вакуумной трубки попкорн в зернах — он начал лопаться. Затем настал черед яйца, которое и вовсе взорвалось, перед этим забавно вибрируя. Некоторые источники со ссылкой на внука Спенсера добавляют драматичности и говорят, что горячий желток оказался на лице любопытного инженера. Как бы то ни было, он решил проверить: а нельзя ли приготовить так и другую еду?

Для этого физик собрал прототип «микроволновки» — металлический ящик, куда и направлялась микроволновая энергия от генератора. Сконцентрировав ее таким образом, физик добился достаточной плотности излучения, а еда внутри очень быстро нагревалась. Не откладывая открытие в долгий ящик, Спенсер в том же 1945 году запатентовал микроволновую печь, а прототип отправил на испытания в один из ресторанов в Бостоне. Согласно другим источникам, все описанное происходило в 1946-м.

Первые модели микроволновых печей в 1947 году не были предназначены для бытового использования: этому мешали габариты и заоблачная по нынешним меркам цена — $5 тыс. в 1947-м это более $66 тыс. сегодня. В Raytheon модернизировали систему, представив более компактный и менее дорогой вариант за $2—3 тыс. ($26—40 тыс. в современных деньгах), однако и он не был готов к завоеванию домашних кухонь. До этого пройдет еще очень много времени.

Фото: Foster Web Marketing

Первая бытовая микроволновка появилась лишь в 1955 году. Но и ее цена откровенно кусалась, поэтому устройства продавались так себе, их могли позволить себе только обеспеченные граждане. К процессу разработки подключились и другие компании. В начале 1960-х появилась первая микроволновка с поворотной тарелкой внутри, затем была версия с вращающимся излучателем. Цены же постепенно шли вниз.

К слову, лишь под конец 1960-х годов появились конструкции, для которых отсутствие продуктов внутри было не «совсем уж критичным»: до этого в камере обязательно должно было находиться нечто, что вбирало бы тепло (впрочем, как и сейчас, но об этом ниже). Реализовали и другие изменения (в том числе формы самой СВЧ), которые сделали устройства более эффективными, удобными и недорогими: в 1970-х годах микроволновые печи наконец стали мейнстримом и начали продаваться миллионными тиражами.

Как работает микроволновка

Корпус и дверца устройства собираются и покрываются материалами и сплавами, которые способствуют тому, чтобы сократить объем излучения, поступающего вовне. Магнетрон — основной элемент, который и занимается излучением электромагнитных колебаний заданной частоты. Электронный блок управления отвечает за… управление функциями и настройками всей печи. Механизм вращения приводит в движение тарелку, а вентиляторы шумят, отводя тепло от магнетрона. Существуют модели с дополнительными обвесами в виде тэнов, вертелов и так далее.

Магнетрон представляет собой электронную лампу, генерирующую сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение. Условно он состоит из постоянных магнитов для образования магнитного поля по оси магнетрона, анода с полостями и резонаторами, рабочей области, катода и подогревателя (или накала), антенны (индуктивной петли) для вывода сверхвысоких частот.

В свою очередь, радиоволны, путешествующие со скоростью света, могут иметь разную длину — например, километр или десять, а бывают и длиной всего в десятую часть миллиметра. Частота радиоволн варьируется в диапазоне от 0,03 Гц до 3 ТГц — чем выше, тем она короче. В микроволновках за разогрев еды отвечают радиоволны длиной 12 сантиметров. Но даже такие мелкие волны несут много энергии, потому внутренности печки экранируют.

Магнетрон в бытовой микроволновке расположен, как правило, сбоку, поэтому для равномерности разогрева и требуется вращать предмет внутри — чтобы он подставил каждый бочок. Заодно волны отражаются от внутренней поверхности камеры, воздействуя на вашу еду. Если этой еды там нет или она совсем мала и поглощать энергию нечему, серьезно повышается нагрузка на магнетрон — поэтому и не рекомендуется запускать пустую микроволновку.

Наконец, СВЧ-излучение заставляет молекулы внутри предметов интенсивно двигаться — а значит, и нагреваться: магнетрон не излучает тепло (за это отвечают опциональные тэны), а «будоражит» пищу. И нет, молекулярная структура еды не меняется, вода, содержащаяся в ней, вопреки теориям заговора, ничего не «запоминает» и не модифицируется. Встречаются и чуть менее забавные заблуждения: мол, лук и чеснок разогревать в СВЧ нельзя, так как они сразу «превращаются в канцероген», а в кукурузе «высыхают витамины» (не ясно, чем плохи сушеные витамины).

Существует мнение, согласно которому СВЧ-печи греют еду изнутри. Это не совсем так. Во-первых, СВЧ-излучение равномерно проникает извне, а не генерируется из черной дыры в центре стакана с водой или бифштекса. Во-вторых, для эффективной работы устройства требуется наличие влаги в продукте (на самом деле воды, жиров или сахаров, молекулы которых вибрируют с частотой 2,5 млн раз в секунду): то есть разогреть сухарь намного сложнее, чем булку с джемом внутри. Состав и структура пищи или блюда определяет уровень достигнутой температуры за заданный промежуток времени. Если в верхних слоях еды больше влаги, чем внутри, они нагреются быстрее (и, соответственно, наоборот).

Кроме того, считается, что излучение проникает в пищу на глубину чуть менее 4 сантиметров, а дальнейший нагрев происходит за счет передачи тепла от внешних слоев внутренним. Поэтому толстенный окорок останется прохладным внутри даже при максимальной мощности, действовавшей короткий промежуток времени, — такие рекомендуется готовить на пониженной мощности и долго (а режим разморозки означает дальнейшее снижение мощности и еще более длительное время обработки). Интересный момент: после выключения магнетрона ваша еда еще некоторое время может набирать температуру, поскольку молекулам нужно время на то, чтобы остановиться.

Почему в микроволновке взрываются яйца

А теперь мы подошли к самому важному вопросу: какие продукты не рекомендуется разогревать в СВЧ? Ответ: в первую очередь те, которые заключены в плотную непроницаемую оболочку. Но ими дело не ограничивается.

Эта женщина посмотрела видео с рецептом «яйца из СВЧ» в интернете и разогрела его в микроволновке. Фото: The Doctors

Внимание! Не пробуйте это дома. Вы можете получить травмы или испортить технику.

К «запретным» продуктам относится, например, виноград, ягоды которого в микроволновке при контакте друг с другом могут повести себя совсем непредсказуемо: взорвутся или начнут искрить и бросаться молниями. Мудрецы от народа объясняют это электропроводностью ягод, однако на деле причина кроется, видимо, в микроволнах, оказавшихся в «виноградной ловушке»: вода, из которой состоит виноград, «сжимает» волны до собственного размера фрукта — примерно до 1,5 сантиметра. Волны мечутся внутри виноградины, это приводит к резонансу, усиливая излучение, начинается процесс ионизации калия и натрия, рождается плазма. Да, работает подобное и с другими сферическими предметами с достаточным содержанием воды и подходящего размера.

А что с яйцами? Есть несколько способов опасно забавляться с этим продуктом питания и микроволновкой. Самый «болезненный» — нагрев сваренного вкрутую яйца без скорлупы, которое затем необходимо ткнуть чем-то острым. В этом случае происходит взрыв еды, сопровождаемый резким звуком интенсивностью в диапазоне 86—133 децибела и «шрапнелью», собственно, из разгоряченного яйца. Важно то, что разогрев в СВЧ-печи «переживает» примерно треть вареных яиц — остальные дезинтегрируются еще внутри.

Как показывает практика, обычно в микроволновке взрываются именно сваренные вкрутую яйца. Однако и сырые могут устроить «погром» внутри СВЧ. Почему? Научно обоснованного ответа нет, существуют лишь предположения.

Вероятно, причина заключается в «карманах», которые образуются в вареном яйце и, в частности, в его желтке. В них, в свою очередь, остается жидкость — при нагреве она расширяется, что и приводит к взрыву вне зависимости от того, осталось яйцо в скорлупе или было его лишено. Возможно, речь в данном случае идет о перегретой жидкости, которая не переходит в состояние пара при температуре выше точки ее кипения — за счет, например, давления. Затем внутрь яйца проникает воздух, что и приводит к моментальному закипанию и, как следствие, взрыву. Либо причина в накопленном давлении.

Также существуют легенды о взрывающейся картошке. Найти достоверные доказательства нам не удалось, однако есть предположение, что при определенных условиях это возможно (например, молодая картошка с плотной кожурой, вероятно, способна и не на такое).

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Автор: Ян Альшевский