Forno de micro-ondas

Forno micro-ondas combinado com ventoinha.

O forno micro-ondas ou forno de micro-ondas é um aparelho eletrodoméstico que permite preparação rápida de alimentos para o consumo humano ou de animais, além do aquecimento de toalhas. Não se devem colocar utensílios de cozinha de metal, nem organismos vivos.

O aquecimento ocorre por causa da excitação das moléculas de água dos alimentos.

Origem e história

A ideia de usar micro-ondas para cozinhar alimentos foi descoberta por Percy Spencer que trabalhava na empresa Raytheon, fabricando magnetrons para aparelhos de radar. Um dia estava trabalhando num aparelho de radar ativo quando observou uma sensação repentina e estranha, e viu que uma barra de chocolate que tinha no seu bolso tinha derretido. Percy não era nenhum estranho às descobertas e experiências, devido ao seu suporte a 120 patentes e entendeu perfeitamente o que tinha acontecido. O primeiro alimento a ser cozinhado deliberadamente com micro-ondas foram pipocas, e o segundo um ovo, que cozinhou de dentro para fora e explodiu devido à pressão.

Em 1946 a empresa Raytheon patenteou o processo de cozinhar por micro-ondas e em 1947, construíram o primeiro forno de micro-ondas comercial, o Radarange. Tinha 1,70 m de altura e pesava 340 kg. Era arrefecido a água e produzia 3000 watts, aproximadamente três vezes a quantidade de radiação produzida por fornos de micro-ondas atuais.

Funcionamento geral

Visão frontal de um forno de micro-ondas moderno.

A energia elétrica, na forma de uma corrente alternada (alta e baixa tensão) é transformada em corrente contínua por intermédio de um circuito formado por um transformador, diodos e capacitores.

A corrente que chega do transformador através do triplicador serve para alimentar o magnetron.

O magnetron

Composição

Um Magnetron (com a caixa removida).

O magnetron é constituído por um ânodo cilíndrico, composto de cavidades, estas encontram-se no eixo de um cátodo de aquecimento. É necessário saber que quanto mais cavidades mais elevado é o seu rendimento. O ânodo e o cátodo são separados por um espaço ao qual se dá o nome de espaço de interação, estando em vácuo. Estas cavidades, ditas "cavidades ressonantes", podem ter formas diferentes de acordo com o magnetron considerado. Encontram-se também dois ímans que são fixados perpendicularmente em relação ao eixo do tubo.rebeca

Funcionamento

Um campo elétrico contínuo é aplicado entre o ânodo e o cátodo. Este campo tem uma tensão de ordem de vários kV (cerca de 4.000 V), para um espaço de ação de alguns milímetros. Os elétrons liberados pelo cátodo são acelerados pelo campo magnético contínuo. Na ausência de ímans, os elétrons iriam diretamente ao ânodo. Graças ao campo magnético criado pelos dois ímans perpendiculares ao eixo ânodo/cátodo, obtém-se um movimento circular em torno do cátodo, com trajetórias semelhantes a ciclóides.

Considera-se que cada elétron é animado de uma velocidade v. O campo magnético cria, com a nuvem eletrônica, uma força de Laplace que serve para acelerar as ondas. Estas cargas que fluem entre o ânodo e o cátodo vão entrar em interação com as cavidades ressonantes do bloco anódico que se torna o apoio das oscilações eletromagnéticas.

Como podemos ver, tendo em conta o exposto acima, a radiação eletromagnética deve-se à vibração dos elétrons nas cavidades ressonantes. Maxwell, em 1865, fez um estudo sobre os fenômenos elétricos e magnéticos chegando às "equações de Maxwell", chegando graças a estas a mostrar que um campo elétrico variável produz um campo magnético variável inverso. As dimensões destas cavidades são calculadas para que as ondas tenham uma freqüência de 2450 MHz. Uma parte destas ondas é encaminhada para o guia de ondas ou antena, graças a diversos meios de acoplamento. O guia de onda transmite estas pela cavidade do forno, onde vão permitir cozer os alimentos.

Ação das micro-ondas sobre as moléculas de água

Forno de micro-ondas de cor prateada.

A molécula de água, H₂O, é formada por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Ela é bipolar, o que significa que o baricentro das cargas negativas e o das cargas positivas não coincidem. Isto se deve ao fato do átomo de oxigênio ter maior eletronegatividade que o hidrogênio.

Quando sujeita a uma radiação, a molécula de água absorve a energia das ondas eletromagnéticas se estas têm uma freqüência que limita as das micro-ondas (2450 MHz). Esta absorção traduz-se numa rotação da molécula de água.

As moléculas de água de um alimento em estado normal estão em desordem: não respeitam nenhuma ordem de orientação específica. Mas quando sujeitas a um campo elétrico contínuo os pólos negativos das moléculas de água têm tendência a orientar-se em direção a este último.

Quando sujeitas às micro-ondas, as moléculas de água do alimento orientam-se em direção do campo elétrico que compõe estas ondas. Este campo, ao ser alternado, faz com que os pólos orientem-se sucessivamente num sentido e seguidamente no outro, o que resulta em várias mudanças de orientação (cerca de 2.450.000.000 vezes num segundo) ao mesmo ritmo que a onda que oscila 2.450.000.000 vezes por segundo.

As fricções entre as moléculas de água criadas por este grande número de rotações libertam calor. Após esta liberação de calor, este se transmite às diferentes camadas do alimento por indução e reaquecimento assim a uma parte do alimento. A quantidade de água não repartida da mesma maneira no alimento faz com que certas partes do alimento fiquem mais ou menos quentes que outros. Mas quando há liberação de calor das moléculas de água, têm tendência a passar do estado líquido ao estado gasoso, o volume de vapor assim produzido não pode necessariamente ser contido no alimento e é por isso que certos alimentos explodem.

A molécula de água não é a única a vibrar na presença de micro-ondas, há também os açúcares e as gorduras. Mas o que faz com que a molécula de água seja a única a desempenhar um papel na liberação de calor é a sua dimensão: é a única que é bipolar e que pode girar graças à sua pequena dimensão.

Penetração das ondas no interior do alimento

A penetração das ondas nos alimentos difere em função deste, da sua concentração e composição. Quando um alimento é sujeito a uma radiação de micro-ondas, ele tem tendência a rejeitar uma parte da onda e a armazenar a outra. A parte absorvida é chamada de energia calorífica e é graças a ela que o alimento aquece. A parte rejeitada é chamada de onda refletida. Para evitar que certas partes do alimento sejam queimadas ou outras fiquem frias é necessário que a distribuição das ondas seja a mesma em todas as zonas do alimento. Para este efeito as paredes da cavidade fazem refletir as ondas e o prato em rotação permite a distribuição homogênea das ondas ao alimento.

O cozimento do alimento em relação ao magnetron

Quando há radiação, as moléculas de água movem-se e ocorre uma liberação de calor, mas esta liberação de calor é sentida apenas no final da radiação. Ou seja, durante a radiação, o calor é gerado graças às fricções, mas esta liberação nunca é dispersada no alimento. Em contrapartida se a radiação for interrompida alguns momentos e retomada, constata-se uma liberação de calor durante a interrupção, que dura ainda alguns momentos após a retomada. É por isso que num forno micro-ondas o magnetron funciona apenas por ciclos. Resumidamente, produz-se bastante micro-ondas para agitar as moléculas durante certo tempo, durante o qual o alimento é aquecido, e em seguida continua até ao final do tempo programado. Em geral numa duração de um minuto o magnetron trabalha durante quatro ciclos de 7,5 segundos.

Perigos

DVD-R colocado no micro-ondas.

Líquidos quando colocados no forno micro-ondas podem superaquecer, causando queimaduras graves no usuário quando retirado do forno.

Recipientes fechados e ovos podem explodir dentro do forno devido à pressão do vapor. Produtos aquecidos por muito tempo também podem pegar fogo dentro do forno. Objetos metálicos ou condutores quando aquecidos atuam como antenas, resultando em uma corrente elétrica.

Qualquer objeto de metal pode criar arco elétrico (faísca) dentro do forno de micro-ondas, isso inclui peças de faqueiro e papel alumínio.

Fornos de micro-ondas possuem radiação, mas que só produz risco se o forno for mal-utilizado.