Мікрохвильова піч - один з незамінних приладів на кухні, без якого сьогодні домогосподаркам доводиться складно. Всі прекрасно знають, як нею користуватися: ставте страву, натискаєте 1-2 кнопки і чекаєте 2-3 хвилини, після чого залишається дістати вже розігріту їжу. Однак мало хто розуміє принцип роботи мікрохвильовки, тобто те, як працюють основні її елементи. Спробуємо розібратися в цьому питанні.
Принцип роботи мікрохвильовки
Всі СВЧ-печі працюють за одним принципом, і в ролі основного елемента виступає магнетрон - спеціальний пристрій, здатний випромінювати хвилі малої довжини і частотою 2450 МГц. У сучасних приладах його потужність становить 700-1000 Вт. Зазначимо, що при роботі він сильно нагрівається, тому біля нього встановлюють вентилятор, який виконує відразу кілька функцій: в першу чергу, він відводить тепло від магнетрона, в другу - забезпечує циркуляцію повітря в камері мікрохвильової печі. У свою чергу, це забезпечує рівномірний розігрів продуктів.
Власне, на цьому і заснований весь принцип роботи мікрохвильовки: магнетрон подає короткі хвилі з високою частотою, які впливають на їжу і розігрівають її. Звичайно, подібне пояснення є примітивним, але і воно дає можливість зрозуміти суть процесу.
Докладніше пояснення
Мікрохвилі, випромінювані магнетроном, проходять у камеру печі через спеціальний хвилевод - канал з металевими стінками, що відбивають магнітне випромінювання. Після того як ці хвилі потрапляють в камеру, вони впливають на їжу, а точніше - на молекули води, які містяться в будь-якому продукті харчування. В результаті диполі (молекули) під дією мікрохвиль починають швидко переміщатися, тертися один об одного, що сприяє виділенню теплової енергії. Так і відбувається нагрів їжі.
Особливість мікрохвиль полягає в тому, що вони можуть проникати вглиб до 3 сантиметрів. Інший обсяг продукту нагрівається від верхнього шару. Такий принцип роботи магнетрона в мікрохвильовці пояснює, чому після розігріву їжа може бути гарячою зверху і одночасно холодною всередині. Вглиб тепло проникає через природну теплопровідність.
Якщо ви використовували подібний прилад раніше, то не могли не помітити, що в процесі розігріву він обертається. Це необхідно для того, щоб мікрохвилі потрапляли на всі ділянки розігріваних продуктів.
Захист від мікрохвиль
Враховуючи принцип роботи мікрохвильовки, логічно задуматися про шкоду її для здоров 'я людини. Безумовно, випромінювані магнетроном мікрохвилі є шкідливими для людини. Однак після відкриття дверцята магнетрон припиняє свою роботу, тому людина фізично не може відчути на собі їх вплив. А щоб вони не виходили за межі камери для розігріву, передбачений спеціальний захист. Всі її стінки виконані з металу, який відображає хвилі, і ті не можуть покинути межі приладу. Що стосується скляних дверцят (вони просто зобов 'язані бути, щоб користувач міг бачити процес розігріву або приготування), то вони покриті спеціальною сіткою, що відображає мікрохвилі. Якщо цю сітку прибрати, то хвилі можуть залишати простір камери, і це може реально нашкодити людині. Неприпустимо використовувати СВЧ-піч, якщо є пошкодження, наприклад, ущільнювача дверцята або її сітки.
До речі, враховуючи той факт, що метал відображає мікрохвилі, металевий посуд використовувати неприпустимо.
Створення пристрою
Всі СВЧ-печі працюють однаково, отже, вони мають один і той же склад деталей. Зокрема, можна виділити такі конструктивні елементи:
- Магнетрон - основний агрегат, який є джерелом мікрохвиль.
- Камера з обертовим подіумом і металевими стінками, що відбивають радіохвилі.
- Трансформатор для підвищення напруги.
- Дверцята з захисною сіткою і прозорим склом.
- Комунікації та схема управління.
- Волновод.
- Вентилятор для охолодження магнетрона.
Всі ці елементи беруть ту чи іншу участь у роботі печі.
Робота магнетрона
Як вже було сказано, магнетрон - це серце СВЧ-печі. Він являє собою електровакуумний діод, виконаний з великого аноду циліндричної форми. Сам анод є мідним, він поєднує в собі 10 секторів мідної стінки.
У центрі пристрою знаходиться стрижневий катод, всередині каналу якого розташована нитка. Він призначається для емісії електронів. Щоб пристрій генерував мікрохвилі, потрібно створити в порожнині магнітне поле. Для цього застосовуються кільцеві магніти високої потужності - вони знаходяться по торцях деталі. А для створення емісії до аноду подають напругу, що дорівнює чотирьом тисячам вольт. Для досягнення такої напруги вступає у справу трансформатор у мікрохвильовці. Принцип роботи будь-якої моделі передбачає його наявність.
Також всередині приладу є дротяні петлі, які підключаються до катоду, а той до випромінювальної антени. Саме з цього елемента мікрохвилі потрапляють безпосередньо в сам хвилевод, звідки вони виходять і потрапляють в камеру з їжею.
Контроль потужності
Якщо для готування їжі потрібно менше потужності, то магнетрон може циклічно включатися або відключатися. У науці подібна технологія називається широтно-імпульсною модуляцією.
Для того щоб прилад потужністю 400 Вт видав її половину протягом 20 секунд, то його активують на 10 секунд, після чого відключають харчування на ті ж 10 секунд. Звичайно, все це відбувається на повній автоматизації.
Охолодження магнетрона
Зазначимо, що при роботі прилад виділяє велику кількість теплоти, отже, його потрібно охолоджувати. Для цього сам пристрій встановлюють у пластинчастий радіатор, а поруч розташовують кулер. Він обдуває радіатор і відводить тепло від магнетрона. Якщо вентилятор не буде працювати, то пристрій може просто перегрітися в процесі роботи і банально вийти з ладу. Але щоб цього не сталося, його додатково комплектують спеціальним термопредохоронцем - захисним пристроєм.
Призначення запобіжника
Для того щоб гриль і магнетрон не перегрівалися, в деяких моделях встановлюють спеціальні термопредохоронці (термореле). Вони можуть бути різними. Зокрема, основна відмінність полягає в кількості тепла, яке вони здатні витримувати.
Цей пристрій досить простий в плані своєї роботи. Воно виконане з алюмінієвого сплаву, кріпиться за допомогою фланцевого з 'єднання, що забезпечує надійний контакт з тією ділянкою, на якій проводиться замір температури. Усередині корпусу встановлена біметалічна пластина, яка може чинити опір певній температурі. І якщо значення температури виходить за певну межу, то пластина стискається і активує штовхач, і він розмикає ланцюг контактної групи. Подача електрики на агрегат після цього припиняється, магнетрон відключається і поступово остигає, пластина повертається в своє вихідне положення по мірі остигання магнетрона. Через певний час контакти знову замикаються.
Ось такий простий принцип роботи мікрохвильовки, зокрема запобіжника від перегріву. Зазначимо, що в дешевих моделях цей елемент може бути відсутнім, оскільки він абсолютно не потрібен для нормального функціонування пристрою. Це лише елемент захисту, що підвищує надійність і термін служби печі, не більше того.
Роль кулера
Говорячи про те, як працює мікрохвильовка, принцип роботи необхідно пояснювати з урахуванням всіх конструктивних елементів, які в ній можуть застосовуватися. Кулер - один з них. Безумовно, це важливий компонент системи, без якого пристрій і робота мікрохвильовки не будуть повноцінними.
Його завдання:
- Охолодження магнетрона. Це найважливіше завдання, без якого магнетрон згорів би в перший же день використання печі.
- Охолодження інших компонентів, які виділяють тепло при роботі. Зокрема, мова йде про мікросхеми.
- У моделях, де є гриль, кулер проводить охолодження термореле.
- Створення надлишкового тиску в камері, де знаходиться їжа. Через це пари і повітря виводяться через вентиляційні шляхи.
Найчастіше для виконання всіх цих функцій достатньо всього одного вентилятора. Завдяки наявності в камері повітроводних отворів саме повітря поширюється рівномірно.
Пристрій камери
В принципі, фізика роботи мікрохвильовки складною не є, адже ще зі школи відомо, що сильне електромагнітне випромінювання небезпечне для людини. Саме воно виходить від магнетрона і надходить в камеру з їжею, тому в цьому пристрої необхідна сильна багаторівнева система захисту.
Вся робоча камера всередині покривається емаллю, що блокує електромагнітне випромінювання. Зверху знаходиться металевий кожух, що перешкоджає проникненню хвиль у приміщення. А для захисту скляних дверцят передбачається сталева сітка з дрібними комірками - вона блокує випромінювання частотою до 2450 Гц і довжиною хвиль до 12 см.
Зазначимо, що дверцята - це найслабше місце, через яке мікрохвилі можуть просочитися, тому вони повинні максимально міцно прилягати до корпусу і не мати зазорів. Якщо буде щілина, то експлуатація приладу забороняється. У цьому випадку необхідно поправити петлі дверцята і повернути її у вихідне положення.
До того ж алгоритм роботи мікрохвильовки передбачає використання спеціального захисного пристрою від включення з відкритими дверима. Подібна система може бути реалізована по-різному, найчастіше використовуються мікропереключувачі, які контролюють положення дверцят. Ці перемикачі можуть вимикати магнетрон, передавати інформацію про положення дверцята на блок управління.
Панель керування
Вона є на будь-якій моделі. У старих пристроях панель керування представлена у вигляді всього лише двох (або навіть одного) механічних перемикачів. Одним задається режим роботи (розігрів, розморожування тощо), іншим час. Схема примітивна, але робоча і проста.
Однак сучасні моделі оснащуються великою сенсорною панеллю. Такі панелі керування надають користувачеві великий функціонал і навіть можливість програмувати режим. Наприклад, можна задати певний час старту розігріву їжі, тривалість процесу, можна навіть вказати їжу або страви, які будуть розігріватися. І хоча здається, що такі прилади є більш досконалими, в технічному плані відмінностей мало. Електронна панель керування не змінює те, як працює мікрохвильовка.
Блок керування
Командоапарат є в кожному пристрої (не тільки в СВЧ-печах), де в певний момент має бути виконана та чи інша дія. Завдяки йому забезпечуються різні функції. Зокрема, прилад з його допомогою може підтримувати задану температуру, включати або відключати піч після заданої операції.
У більш старих СВЧ-печах цей пристрій представлено у вигляді двох електромеханічних перемикачів - вони і відповідають за описані вище функції і відіграють важливу роль у загальному пристрої мікрохвильовки. Звичайно, з часом електроніка розвивалася, і в результаті з 'явилися повністю електронні блоки управління. Зараз у СВЧ-печах (і не тільки в них) застосовуються мікропроцесори і спеціальні програми, відповідно до яких прилад може виконувати ту чи іншу функцію:
- Вбудовані години.
- Розморожування їжі.
- Подача звукового сигналу про завершення процесу розморожування, приготування або розігріву їжі.
Ув 'язнення
Тепер ви більш точно розумієте, як працює мікрохвильовка. Принцип роботи даного пристрою відносно простий. Він ґрунтується на елементарних законах фізики.
Закріпимо вивчене: магнетрон (основний елемент СВЧ-печі) випромінює дуже короткі радіохвилі з високою частотою. Вони впливають на молекули води, через що ті починають активно рухатися. Цей процес супроводжується виділенням теплоти. Враховуючи той факт, що хвилі проникають неглибоко в їжу, нагрівається тільки поверхня продуктів, а далі за рахунок природної теплопровідності тепло переходить углиб.
Це і є основний принцип роботи мікрохвильовки. Пристрій і основні елементи ми також розглянули в цій статті. Всі вони є класичними і використовуються в абсолютно всіх моделях від будь-яких виробників. На даний момент описана вище робоча схема є єдиною, хоча різні виробники можуть використовувати модулі, що відрізняються за будь-якими параметрами. Наприклад, в одній моделі може бути використаний більш потужний магнетрон, який зможе розігріти їжу набагато швидше. В інших компактних моделях цей елемент може мати низьку потужність, що дозволяє створити прилад невеликих розмірів. Подібних відмінностей сотні, але принцип роботи від цього не змінюється абсолютно. Звичайно, сильніший магнетрон визначає, скільки працює мікрохвильовка за часом для розігріву їжі одного обсягу. Тому, якщо не любите чекати, то краще вибирати модель помічніше.
На цьому все. Ми повністю розібрали пристрій цього предмета побутової техніки і відповіли на більшість питань, з ним пов 'язаних.