Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 7/2016 vyšlo v tištěné podobě 29. června 2016.
Na internetu v elektronické verzi bude
k dispozici na začátku srpna. 

Téma: Kabely a kabelová technika; Nástroje, software a značení v oblasti kabelů

Aktuality

Nezmeškejte příležitost najít na veletrhu FOR ARCH nové obchodní partnery! V pořadí sedmadvacátý ročník stavebního veletrhu FOR ARCH přinese i letos velmi oblíbená…

Pokrok ve vyjednávání notifikace OZE je dobrou zprávou, dobojováno ale není Reakce Teplárenského sdružení ČR na tiskovou zprávu Ministerstva průmyslu a obchodu z 16.…

FEL ČVUT v Praze nabízí nový bakalářský studijní program pro studium při zaměstnání Od 1. srpna se mohou zájemci o kombinovanou formu bakalářského studia hlásit do nově…

Konference ERU Hlavní téma konference ERU 2016: Elektromagnetická kompatibilita v prostředí „Průmysl 4…

Veletrh FOR ARCH poskytne návštěvníkům odborné poradenství zdarma Mezinárodní veletrh FOR ARCH, který se uskuteční na konci září v areálu PVA EXPO PRAHA,…

Nejnovější trendy v protipožární a zabezpečovací technice na veletrhu FS Days 2016 Významným místem setkání odborníků z oblasti bezpečnosti je již tradičně podzimní veletrh…

Více aktualit

Mikrovlnka mýtů zbavená aneb je důvod k obavám?

číslo 7/2005

Mikrovlnka mýtů zbavená aneb je důvod k obavám?

z německého originálu upravil
Ing. Josef Košťál, redakce ELEKTRO

Je pravda, že kovové předměty do mikrovlnky nepatří? Jak je to s vyzařováním? Jsou pokrmy připravované v mikrovlnce skutečně nezdravé?
Tento článek přináší odpovědi nejen na tyto, ale i na mnohé další otázky. Zabývá se mimo jiné také fyzikální podstatou mikrovlnného ohřevu.

Stejně tak jako mnoho jiných objevů je i mikrovlnná trouba (obr. 1) dílem náhody. Její vynálezce P. L. Spencer1) pracoval u zbrojařské společnosti Raytheon, která během druhé světové války i po ní vyráběla součásti pro radarová zařízení – radiolokátory. Radarová zařízení vysílají elektromagnetické záření v oblasti mikrovln, které je generováno ve vakuové trubici – magnetronu (obr. 2).

Obr. 1.

Obr. 1. Mikrovlnka – dobrý sluha, nebo špatný pán?

Když v roce 1945 stál P. L. Spencer před magnetronem a pozoroval jeho činnost, uvědomil si, že se mu v kapse rozehřála tabulka čokolády. Tato událost vzbudila jeho zvědavost, a tak před magnetron na zkoušku postavil sušenou kukuřici – v okamžiku byla celá laboratoř plná popcornu. Nakonec udělal P. L. Spencer něco, co se s mikrovlnnou troubou normálně dělat nemá: Vzal varnou konvici, vyřízl do jejího boku otvor, vložil do konvice syrové vejce a celou tuto „zkušební sadu„ postavil před magnetron. Jednomu jeho zvědavému kolegovi, který shora pozoroval testované vejce, začaly najednou lítat horké kusy explodujícího vejce kolem uší. Navzdory tomuto drobnému „nezdaru„ se však zrodila zcela nová myšlenka na využití mikrovln k vaření potravin. V roce 1947 bylo pod odborným vedením P. L. Spencera uvedeno na trh první mikrovlnné zařízení na vaření potravin – tato první „mikrovlnka„ vážila 350 kg, byla 1,7 m vysoká, stála 5 000 dolarů a měla vodní chlazení.

Co se ohřeje a co zůstane studené?

K ohřevu potravin v mikrovlnných troubách (mikrovlnkách) je třeba používat vhodnou nádobu s ohledem na působení mikrovln. Je-li prázdná „mikrovlnná“ nádoba umístěna do varného prostoru, zůstává studená i během ohřevu. Mikrovlny tedy téměř zcela prostupují mikrovlnným nádobím, tj. nejsou jím absorbovány. Pokud bychom zabalili šálek s vodou do hliníkové fólie, zůstala by voda uvnitř šálku studená. Bez hliníkové fólie se však ohřeje až neuvěřitelně rychle. Z tohoto experimentu je patrné, že voda mikrovlny velmi dobře absorbuje, zatímco kovy je naopak odrážejí.

Obr. 2.

Obr. 2. Technická struktura magnetronu pro generování mikrovln

Proč se voda ohřívá tak rychle?

Voda (H2O) je složena ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Atom kyslíku přitahuje elektrony2) atomu vodíku, čímž vzniká na straně kyslíku přebytek záporného náboje a na straně vodíku jeho adekvátní nedostatek – dochází k elektrické polarizaci molekul vody (obr. 3). Polarizované dipóly vody jsou zpravidla uspořádány náhodně do všech směrů. Nacházejí-li se však v elektrickém poli, např. deskového kondenzátoru, orientují se podle směru pole, tj. záporně nabitá kondenzátorová deska přitahuje kladnou a kladně nabitá deska zápornou stranu molekuly vody (obr. 4). Pokud bychom měnili polaritu kondenzátoru ve správném rytmu, molekuly vody by rotovaly stále rychleji (tepelný pohyb zde není uvažován). Makroskopicky vzato, tato situace odpovídá vzrůstající teplotě. Nicméně k efektivnímu ohřevu jsou zapotřebí frekvence, u kterých kondenzátor nestačí sledovat četnost těchto změn. Proto se využívá vysokofrekvenční elektrické střídavé pole elektromagnetické vlny, které způsobí, že se dipóly vody velmi rychle překlápějí sem a tam, tj. rotují. Voda absorbuje mikrovlny zvláště účinně při frekvenci 22 GHz. Tato frekvence se však v praxi nepoužívá, neboť při ní jsou absorbovány mikrovlny již v tenké povrchové vrstvě, a tak nemohou pronikat do hloubky ohřívaných potravin. Hloubka proniknutí při frekvenci 2,45 GHz, která se u mikrovlnek běžně používá, činí několik centimetrů. Díky tomu mohou elektromagnetické vlny ohřívat vodu obsaženou v potravině současně v celém jejím objemu.

Obr. 3.

Obr. 3. Atom kyslíku přitahuje elektrony vodíku

Je-li frekvence f = 2,45 GHz (tj. 2,45·109 Hz) a rychlost světla (zaokrouhleně) c = 3·108 m·s–1, pak pro vlnovou délku l bude platit:

c = l · f Ţ l = c/f   (m·s-1; m, Hz)

l = 3·108/2,45·109 = 0,122 m

Proč není mikrovlnka příliš vhodná k rozmrazování?

Led je možné v mikrovlnce jen velmi těžko rozpustit. Molekuly vody jsou v pevné fázi silně vázány na své pozice, a nemohou tedy rotovat. Hloubka proniknutí do ledu je proto tisíckrát větší než do kapalin.

Obr. 4.

Obr. 4. Čtyři molekuly vody: vlevo v neuspořádaném stavu, vpravo orientované (uspořádané) v elektrickém poli

Dáme-li například do mikrovlnky zmrazenou pizzu, ohřeje se velmi rychle na těch místech, kde je již voda v tekutém skupenství (orosení). Ostatní části zůstanou zmrzlé. Aby se předešlo velkým teplotním rozdílům, které jsou s tímto jevem spojeny, má mnoho mikrovlnek zabudovánu funkci pro rozmrazování. Přepnutím do polohy pro rozmrazování je mikrovlnka periodicky na krátkou dobu zapínána a vypínána. Při zapnutí přístroje se ohřejí orosená místa. Ta se před dalším zapnutím ochladí vedením tepla (kondukcí). Teplo předané kondukcí rozpouští okolní led. Tak je dosaženo rovnoměrného ohřevu.

K čemu je dobrý otáčivý talíř?

Uvnitř mikrovlnky jsou na různých místech značné teplotní rozdíly. Zatímco některá místa ohřívané potraviny mají ještě pokojovou teplotu, bývají jiná místa již tak horká, že by si člověk spálil jazyk.

Kvalitativně je možné tyto teplotní rozdíly velmi působivě demonstrovat např. pomocí termopapíru. Do mikrovlnné trouby se vloží faxový termopapír, který lze běžně koupit v obchodu s kancelářskými potřebami. Po zapnutí mikrovlnky začne termopapír černat v místech s vysokou teplotou (obr. 5). Intenzitu pole lze snadno simulovat také pomocí počítače (obr. 6).

Obr. 5.

Obr. 5. Faxový termopapír na mokré papírové utěrce ve varném prostoru mikrovlnky – temné skvrny na termopapíru představují místa se zvlášť silným ohřevem

Důvodem těchto teplotních rozdílů je trojrozměrná stojatá vlna. Ta vzniká odrazem mikrovln od všech stran varného prostoru a jejich konstruktivním překrýváním v případě rezonance.

Pro jednorozměrný rezonanční systém platí:

  • vzdálenost uzlů = l/2 (kde l/2 je polovina vlnové délky šířící se vlny),
  • x = n·l/2 (kde x je celkový rozsah rezonančního systému a n celé číslo).

Co však platí pro jednorozměrné systémy, neplatí pro mikrovlnku, která představuje trojrozměrné rezonanční těleso. Násobky polovičních vlnových délek vln šířících se ve vakuu (l0 = 12,2 cm) tedy zde nemusí přesně „pasovat„ do každého ze tří prostorových směrů. V takovém případě by totiž bylo možné provozovat jen takové mikrovlnky, jejichž rozměry by byly v každém směru přesně násobky 6,1 cm. Nemá tedy smysl činit z výsledku experimentu kvantitativní závěry o prostorovém rozložení intenzity pole. V každém případě však musí výrobce volit rozměry dutinového rezonátoru tak, aby při frekvenci 2,45 GHz rezonančně kmital. V prázdné mikrovlnné troubě mají rezonance velmi ostrý charakter. Jakost dutinového rezonátoru Q, která se přibližně stanovuje jako poměr objemu uzavřeného elektromagnetickým polem a objemu kovových stěn, činí asi 104. Z této hodnoty pak také vyplývá adekvátní šířka absorpční čáry Df:

Df = f/Q = 2,45·10-9/104 = 2,45·105 Hz

Obr. 6.

Obr. 6. Počítačová simulace rozložení elektrického pole při frekvenci 2,455 GHz: vlevo prázdný varný prostor, vpravo s kostkou hovězího masa

Vložením potraviny do mikrovlnky se však tato jakost snižuje. Výsledkem jsou širší, popř. se překrývající rezonanční křivky, takže dochází k současnému vybuzení několika vidů kmitání. K tomu je navíc třeba vzít ještě v úvahu šířku frekvenčního pásma samotného magnetronu (asi 50 MHz), do kterého může „padnout„ i více vidů kmitání.

Rozložení intenzit pole, které bylo možné pozorovat při experimentu s faxovým termopapírem, objasňuje komplexnost souvislostí. V mikrovlnné troubě vzniká očividně interferenčním jev, který vede k různě intenzivnímu ohřevu potraviny. Právě pro vykompenzování tohoto nežádoucího jevu se používá otáčivý talíř, který pohybuje potravinou napříč optickým interferenčním obrazcem – hologramem. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že nedochází k vyrovnávání teploty ve středu otáčivého talíře. U mnohých mikrovlnek se proto používá rotující kovový reflektor, který kontinuálně mění hologram a tím do jisté míry toto vyrovnávání zajišťuje. Hologram představuje pro výrobce mikrovlnek vážný technický problém, který je ještě i dnes předmětem výzkumu a vývoje (o dosažení homogennějšího hologramu se pokouší např. metoda dvou různých frekvencí nebo také poměrně nová metoda vycházející z kontinuální změny excitační frekvence).

Zůstávají mikrovlny v mikrovlnce?

Je jistě příjemné prosklenými dvířky sledovat ohřívající se potravinu. Jenže sklo mikrovlny propouští. Jak to tedy vlastně je?

Pro zamezení úniku mikrovln jsou dvířka mikrovlnky opatřena kovem, přesněji řečeno drátěnou mřížkou. Ta nebrání pozorování potravin při ohřevu, a zabraňuje prostupu mikrovln. Na první pohled se může zdát překvapující, že mikrovlny nemohou procházet otvory (oky) v mřížce. Analogická úvaha pomůže tento problém objasnit: Elektromagnetické vlny v oblasti viditelného spektra mohou mřížkou prostupovat, v opačném případě by totiž nebylo možné pozorovat ohřev potravin uvnitř mikrovlnky. Viditelné světlo se liší od mikrovln pouze frekvencí, resp. vlnovou délkou. Bude-li vlnová délka mikrovln v porovnání s velikostí ok drátěné mřížky relativně velká, budou se v podstatě všechny vlny od mřížky odrážet. Tento princip je také běžně aplikován u mikrovln používaných v mikrovlnkách. Vlnová délka těchto mikrovln je 12 cm.

Ovšem stoprocentně těsná, tj. bez prosaku, mikrovlnná trouba také není. To je možné snadno akusticky prokázat při chodu mikrovlnky pomocí mikrovlnného přijímače. Bez zajímavosti není ani experiment s mobilním telefonem. Uzavře-li se totiž do (vypnuté!) mikrovlnky mobil a vytočí-li se jeho číslo z jiného telefonu, mobil v mikrovlnce začne zvonit (za předpokladu, že je v daném místě dostatečně silný signál mobilní sítě).

Výzkumné centrum pro životní prostředí a zdraví GSF (Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit in der Helmholtz-Gemeinschaft) uskutečnilo šetření u více než 100 domácích mikrovlnných přístrojů na ohřev potravin. Naměřené hodnoty prosakujícího záření ve vzdálenosti 5 cm od přístroje se téměř u všech zkoumaných přístrojů nacházely pod emisním limitem 5,0 mW·cm–2.

Mnoho lidí se také obává, že po otevření mikrovlnky budou mikrovlny vyzařovány do okolí. Pro zodpovězení této otázky je třeba nejdříve znát, jak rychle jsou mikrovlny ve varném prostoru absorbovány. K tomu několik úvah:

  • největší část mikrovlnného záření se odráží,
  • tenká vrstva kovových stěn absorbuje mikrovlny velmi silně, přičemž hloubka proniknutí činí asi 1mm (při kovovém specifickém odporu 10–7W·m a frekvenci 2,45 GHz).

Jakost dutinového rezonátoru Q činí přibližně 104 a je definována jako poměr nahromaděné energie v elektromagnetickém poli a energetických ztrát na periodu kmitu. Udává tedy počet odrazů, po kterých dojde de facto k absorpci příslušné vlny. Doba odpovídající tomuto počtu odrazů, tj. absorpci vlny, činí:

t = Q·(a/c) = 104·(0,3/3·108) = 10 ms

kde Q je jakost dutinového rezonátoru (–), a délka hrany krychlovitě uvažovaného varného prostoru (m), c rychlost světla (m·s–1).

Za tak krátkou dobu (10 ms) však samozřejmě není možné otevřít dvířka mikrovlnky. Rezonátor je tedy po vypnutí mikrovlnky prakticky okamžitě bez elektromagnetického pole.

Co se děje s kovy v mikrovlnce?

Kovy nikdy neodrážejí elektromagnetické vlny dokonale. Ty vždy pronikají méně či více do tenké vrstvy kovu. Například u zrcadel s kovovou odrazovou plochou činí hloubka proniknutí v oblasti viditelného spektra jen několik atomových vrstev. Elektrické pole elektromagnetické vlny urychluje v rozsahu hloubky proniknutí elektrony kovu, které tuto nabytou kinetickou energii odevzdávají při nárazech na kovovou mřížku; to vede k ohřevu kovu. Při velkém objemu ohřívaného kovu je tepelná energie díky dobré tepelné vodivosti kovů velmi rychle distribuována do celého objemu, a celkové zvýšení teploty je tak nepatrné. Naproti tomu u tenkých kovových vrstev teplota enormně narůstá. Proto se také nedoporučuje při ohřevu v mikrovlnkách používat talíře se zlatým lemováním. Naopak lžička vložená do hrnečku naplněného vodou nepředstavuje žádné nebezpečí, neboť voda ji dostatečně ochlazuje3). Nebylo by tedy smysluplné vyslovit všeobecný závěr, že kovy do mikrovlnky nepatří.

V žádném případě však nelze doporučit měřit teplotu potravin v mikrovlnce rtuťovým teploměrem!

Efektu enormního nárůstu teplot u tenkých kovových vrstev však naproti tomu využívají mnozí výrobci „mikrovlnných„ pokrmů k dosažení zlatavého vzhledu potravin: na jejich povrch umístí tenké kovové proužky, které se při ohřevu poměrně silně rozpálí.

Obr. 7.

Obr. 7. Lichtenbergův obrazec vypálený do CD v mikrovlnce

Zajímavý efekt je možné pozorovat, vloží-li se do mikrovlnky na plastovou podložku (již nepotřebný) kompaktní disk (CD). Po zapnutí se do jeho povrchu vypálí tzv. Lichtenbergův obrazec (obr. 7).

Důležitým aspektem pro zodpovězení otázky, co se děje s kovy v mikrovlnce, je stanovení míry elektrické intenzity. Horní mez pro střední intenzitu pole v prázdném varném prostoru lze přibližně odvodit pomocí hodnoty jakosti rezonátoru. Za předpokladu, že je jakost rezonátoru Q = 104, ztrátový výkon mikrovlnky P = 800 W a typický objem varného prostoru V = 0,015 m3, hodnota střední intenzity pole E = 6·104 V·m–1.

Skutečná hodnota intenzity pole je ovšem v praxi zpravidla nižší, neboť část přivedeného mikrovlnného výkonu zase opouští varný prostor přes spojovací vlnovod k magnetronu. Tato hodnota je však značně vyšší na kovových hrotech, a může dokonce překročit hodnotu průrazové intenzity pole pro vzduch, která činí 106 V·m–1. V takovém případě by bylo možné pozorovat jiskrové přeskoky, např. mezi hroty vidličky.

Obr. 8.

Obr. 8. Úsporná žárovka v mikrovlnce volně uložená v prázdném šálku

Další zajímavé efekty k demonstraci účinků elektrického pole lze pozorovat při experimentech se žárovkami. Vloží-li se běžná žárovka do mikrovlnky, tak se po zapnutí na velmi krátký okamžik jasně rozzáří. Na krátký okamžik proto, že u ní dojde k přepálení tenkého kovového vlákna. Tento pokus je možné provést také s energeticky úspornou žárovkou (obr. 8). Ta se rovněž po vložení do mikrovlnky a jejím zapnutí rozzáří mimořádně jasným světlem, i když na základě jiného fyzikálního principu. Zde elektrické pole mikrovlnky způsobí urychlování elektronů, které vybudí atomy rtuti, a emitované ultrafialové světlo se ve světelné vrstvě (luminoforu) promění na viditelné světlo. (Vzhledem k tomu, že při těchto pokusech dojde s největší pravděpodobností k destrukci žárovky, nelze zcela vyloučit kontaminaci varného prostoru mikrovlnky rtutí!)

Jsou potraviny z mikrovlnky nezdravé?

Ve veřejnosti vznikla obava z možné kvalitativní změny potravin v důsledku mikrovlnného ohřevu. Budiž zde v první řadě řečeno, že mikrovlny nemají na rozdíl od rentgenového záření ionizující účinek, tj. nejsou schopny rozbíjet chemické vazby. Toto tvrzení je možné doložit pomocí principů kvantové fyziky: Při ozařování materiálu světelnými paprsky se mohou uvolnit (emitovat) elektrony v zásadě pouze tehdy, je-li energie fotonů větší než vazební energie elektronů (výstupní práce). Nachází-li se frekvence použitého světla pod kritickou frekvencí příslušné výstupní práce, potom při zvyšování světelného výkonu k emisi elektronů nedojde. Tento postulát elegantně objasnil Albert Einstein svou kvantovou hypotézou a položil tím základy kvantové fyziky.

Energie fotonu v mikrovlnné troubě je dána:

E = h·f   (J; J·s, Hz)

kde h je Planckovo účinkové kvantum (konstanta 6,626·10–34), f frekvence mikrovlnné trouby.

Po dosazení: E = 6,626·10–34 × 2,45·109 = 1,62·10–24 J

Platí: 1 J = 6,24·1018 eV4)

Pak: E = 1,62·10–24 × 6,24·1018 = 10–5 eV

Protože typické hodnoty vazební energie se pohybují řádově v jednotkách elektronvoltů, nejsou mikrovlnné fotony na rozdíl od rentgenových fakticky schopny rozbít žádnou chemickou vazbu; to platí nezávisle na intenzitě dopadajícího záření. Čistě teoreticky by bylo nicméně možné, aby molekula vody absorpcí postupně získala ionizační energii až asi 105 fotonů, a tím se ionizovala. Avšak již přibližný odhad ukazuje, že intenzita v mikrovlnné troubě je na to až příliš malá. Nemohou se zde tedy uvolňovat žádné radikály, tj. snadno reaktivní fragmenty vody jako H+, OH nebo elektrony, které by mohly reagovat s dalšími potravinovými buňkami, a tím kvalitativně měnit jejich strukturu. Voda ohřátá na sporáku se tedy nijak neliší od vody ohřáté v mikrovlnce. Zcela mylná je představa, že po vyjmutí šálku z mikrovlnky v něm zůstanou mikrovlny „uvězněny„. Mikrovlny jsou v tomto případě zničeny stejně jako viditelné elektromagnetické vlny po dopadu na černé tričko. Elektromagnetické záření se přitom vždy zcela přemění na vnitřní energii, což se navenek projevuje zvýšením teploty. V jistém směru jsou mikrovlnné trouby dokonce ještě šetrnější než např. sporák nebo kamna. Protože mikrovlny dokážou ohřívat vodu pouze v její kapalné formě, zůstává teplota ohřívané potraviny vždy pod teplotou bodu varu vody. Potravina je navíc obohacena o aromatické látky složené z těkavých organických molekul.

Úbytek vitaminu C závisí na druhu zeleniny. V mikrovlnce je obsah vitaminu C redukován např. u karotky o 32 %, při vaření na elektrickém sporáku o 35 %. U květáku je to o 23 % při vaření v mikrovlnce a o 16 % při vaření na elektrickém sporáku. Celkově lze tedy říci, že u zeleniny s ohledem na úbytek vitamínu C neexistují žádné významné rozdíly mezi použitými způsoby vaření. Ztráta vitamínu B1 je u konvenčního způsobu vaření zpravidla o něco vyšší než v mikrovlnce.

Protože se maso v mikrovlnce dusí ve vlastní vodní páře, není sice na jedné straně třeba při vaření používat žádný tuk, na druhé straně je zde však jistý kulinářský handicap – na povrchu masa není možné docílit křupavé hnědé kůrky. Důvodem je omezení teploty vaření na teplotu bodu varu vody. K chemickým, tzv. Maillardovým reakcím5), které jsou příčinou hnědnutí masa, dochází až od teplot daleko přesahujících 100 °C. Při nich reagují aminokyseliny, tedy nejzákladnější stavební kameny bílkovin, s uhlovodany, které patří do stejného řádu jako cukr používaný v domácnosti. V průběhu složitých chemických reakcí vznikají barevné a aromatické látky, které pokrmu dodávají lákavější vzhled, vylepšují jeho vůni a chuť. Proto je v některých mikrovlnkách zabudován gril, pomocí kterého se nejprve na povrchu masa vytvoří kůrka a následně se maso rychle a do hloubky propeče mikrovlnami, aniž by unikly aromatické látky.

Ještě poznámka k otázce změny nutriční hodnoty potravin ohřívaných v mikrovlnné troubě. Spolkový úřad pro radiační ochranu (Německo) vyhodnotil několik set experimentálních výzkumných prací v této oblasti. Podle jejich výsledků jsou změny nutričních hodnot při mikrovlnném ohřevu v rozsahu normy, která platí rovněž pro konvenční ohřev potravin. To jinými slovy řečeno znamená, že ohřev potravin v mikrovlnných troubách není škodlivější než u konvenčních způsobů tepelné úpravy potravin.

Jisté nebezpečí při používání mikrovlnné trouby ale představuje nerovnoměrný ohřev látek. Například kojenecká láhev s dětskou výživou, která bude na dotek vlažná, může být uvnitř až vroucí. Sklo totiž mikrovlny neabsorbuje, a zůstává tak studené. K tomu je ještě třeba přičíst fakt, že se vnitřek látek díky hologramu mikrovln zpravidla ohřívá nestejnoměrně. Tepelný výkon sice vede k jistému vyrovnávání teplot, avšak tento proces probíhá poměrně pomalu. U tekuté dětské výživy si však lze snadno pomoci např. protřepáním obsahu láhve.

Další problém se může objevit při přípravě drůbeže. Ke spolehlivému zničení původce salmonelózy je zapotřebí teplota nad 70 °C, nerovnoměrný ohřev by tedy za určitých podmínek mohl být příčinou intoxikace touto bakterií.

Je mikrovlnka energeticky úsporná?

Pro posouzení spotřeby elektrické energie mikrovlnky je třeba nejprve zjistit, jaký podíl z dodané elektrické energie se přemění na vnitřní energii potraviny, a teprve pak výsledek porovnat s energetickou potřebou např. elektrického sporáku.

Při tomto experimentu vyjděme z ohřevu pohárku vody o objemu 500 ml. V mikrovlnce se voda tohoto objemu ohřeje za 2 min o 38 K. Velikost dodané energie Q potřebné k tomuto ohřevu lze zjistit z měrné tepelné kapacity vody c (4,18 kJ·kg–1·K–1) a naměřených hodnot pro hmotnost m a rozdílu teplot před ohřevem a po něm (38 K):

Q = c·m·D   (J; J·kg–1·K–1, kg, K)

Q = 4,18 × 0,5 × 38 = 80 kJ

Elektrickou energii W přivedenou k mikrovlnce lze stanovit z výkonu P udávaného výrobcem (štítková hodnota) nebo přímým měřením při experimentu. V popsaném případě mějme mikrovlnku s výkonem 1 300 W, která za 2 min spotřebuje následující elektrickou energii:

W = P t   (W·s; W, s)

Platí: 1 W·s = 1 J

Pak: W = 1 300 × 120 = 156 000 W·s = 156 kJ

Přibližně polovina elektrické energie odebrané mikrovlnkou připadá na vnitřní energii vody (účinnost ohřevu h = 0,5; účinnost ponorného vařiče je však téměř 100 %, tj. h = 1). Ventilátor, osvětlení a transformátor odeberou dohromady přibližně 13 %, magnetron asi 37 % zbytkového výkonu.

[de hausgeräte, 1/2005.]


1) Pozn. red.: Percy Lebaron Spencer (*9. 7. 1894, †8. 9. 1970) se narodil v Americe ve městě Howland, stát Maine. Jako dítě záhy osiřel a byl svěřen do výchovy své tety. Osud mu nedopřál vystudovat gymnázium, neboť již od svých 12 let musel pracovat. V roce 1912 nastoupil k vojenskému námořnictvu, aby se zde vyučil bezdrátové telegrafii, a od roku 1920 začal svou profesní dráhu u společnosti Raytheon. Zde se v průběhu let vypracoval až na staršího viceprezidenta a stal se členem správní rady. Během své kariéry u Raytheonu patentoval na 150 vynálezů. Dnes nese jeho jméno jedna z budov společnosti.

2) Pozn. red.: Elektron je stabilní elementární částice (fermion) bez vnitřní struktury se záporným elementárním elektrickým nábojem e = 1,602·10–19 C. Klidová hmotnost elektronu je me = 9,109·10–31 kg. V atomech tvoří elektrony tzv. elektronový obal, jehož prostřednictvím atomy chemicky reagují s jinými částicemi.

3) Při experimentech s vodou se důrazně doporučuje vždy nechávat v šálku s vodou ponořenou lžičku. Voda absorbuje mikrovlny, takže nemůže dojít k poškození mikrovlnného generátoru (magnetronu). Lžička zase zabrání přehřátí kapaliny. V opačném případě by i malý otřes mohl způsobit prudké odpaření vody. Takovéto parní exploze již způsobily vážná poranění.

4) Pozn. red.: eV (elektronvolt) je vedlejší jednotka soustavy SI pro energii. 1 eV je energie udělená částici s elementárním elektrickým nábojem rozdílem potenciálu 1 V. 1 eV = 1,602 177 33·10–19 J.

5) Pozn. red.: Maillardovy reakce jsou odpovědny také za vznik chlebové kůrky při pečení chleba nebo za aroma pražené kávy či kakaa i zlatavou barvu piva.