Perché nel forno a microonde il cibo è collocato su un piatto girevole mentre nei forni tradizionali il cibo è fermo?

Un forno a microonde funziona grazie all’unico componente, generatore a radiofrequenza di potenza elevata, ingegnerizzato durante la seconda guerra mondiale per le realizzazioni di efficaci radar, il magnetron.

Il magnetron, usato nei forni, genera un’oscillazione che è detta microonda, in realtà è un’onda decimetrica,  normalmente di una potenza di un migliaio di watt che tramite una guida d’onda raggiunge la camera di cottura. La radiofrequenza per radiazione investe tutto ciò che trova non solo all’interno del forno ma soprattutto all’interno del cibo collocato nel forno.
Solo l’energia elettromagnetica, EMC, che sarà in grado di essere dissipata e quindi assorbita dalla struttura molecolare delle sostanze sarà convertita in calore per effetto joule.
In pratica: acqua, grassi, proteine e tutto ciò che rappresenta un basso valore di impedenza, immerso in un campo EMC, è attraversato da una corrente elettrica e quindi assorbe una potenza elettrica che si trasforma in calore.

Questo è il motivo per cui la parte interna del cibo si riscalda immediatamente, anche se la parte esterna potrebbe essere, causa un’impedenza più alta, ad una temperatura minore. Come pure un piatto in ceramica, perfettamente asciutto e con un tasso d’umidità dell’aria all’interno del forno ridotta al minimo, rimane, a differenza dei forni tradizionali, a temperatura ambiente poiché è un ottimo isolante.

Saremmo cotti anche noi, in pochi  secondi, nel caso ci avvicinassimo ad una fonte EMC che emette radiofrequenza (non ionizzante) con valori di densità di potenza simili ai valori interni di un forno a microonde. Fortunatamente i forni a microonde sono schermati e lasciano fuoriuscire solo una minima frazione della loro potenza, tale da non causare problemi a chi sta fuori; tuttavia una pur minima potenza potrebbe essere comunque sufficiente a disturbare i sensibilissimi sistemi di comunicazione nella stessa banda.




La FCC americana, per evitare che i servizi radio avessero dei malfunzionamenti per interferenze provocate da quantità notevole di forni, assegnò per tutti i costruttori di forni la stessa porzione di banda UHF di frequenze (2,4—2,5 GHz) tra l’altro usabili da chiunque senza licenza per qualsiasi utilizzo. E’ La stessa banda usata anche nelle reti Wireless LAN. Se tutto è fatto con il rispetto delle regole emesse da enti quali la FCC e l’ETSI in Europa, nessuno può lamentarsi con nessuno di eventuali non funzionamenti ai servizi Wireless.

La frequenza dei forni è tipicamente di 2450 MHz cui corrisponde una lunghezza d’onda di 12 cm.

Ebbene la guida d’onda che trasmette l’onda EMC all’interno del forno è una linea di trasmissione aperta. L’energia che raggiunge le pareti del forno è riflessa (si comportano come degli “specchi“) in tutte le direzioni. Nello spazio tridimensionale, le onde si sommano vettorialmente. Le componenti in fase rafforzano il campo provocando dei "ventri" e le componenti in opposizione di fase annullano il campo (nodi), in posizioni fisse all’interno del forno. L’interno del forno è quindi sede di onde EMC che stazionano (vedi mia risposta http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=3613).

La distanza tra i massimi e minimi di campo EMC è data dal valore della lunghezza d’onda che è molto grande circa 12 cm e comunque paragonabile alle dimensioni di un piatto. Se il piatto fosse fisso, come nei forni tradizionali, una zona del cibo sarebbe sottoposta un alto valore di potenza radiata ed un’altra zona si avrebbe potenza nulla. In tutte le altre zone, si ha una potenza variabile tra il valore massimo e minimo del campo elettromagnetico.

Si è risolto il problema facendo ruotare il piatto in modo che tutte le zone del cibo sono interessate mediamente dalla stessa potenza di radiofrequenza.

Nei forni tradizionali, dove molti hanno una conoscenza grazie ai programmi di fisica (termodinamica) delle scuole  media inferiore e superiore, è la sorgente (sia elettrica, che a gas o a legna, carbone ecc) che emette calore all’interno del forno.

Il riscaldamento avviene per tutti i modi possibili: convezione (naturale o forzata), irraggiamento e conduzione.

La radiazione elettromagnetica che corrisponde alla trasmissione del calore è la radiazione termica (emessa a causa dei moti vibratori e rotatori delle molecole).

Poiché la temperatura è una misura dell’intensità di questi processi a livello microscopico, all’aumentare della temperatura aumenta l’emissione di radiazione termica. Per temperature di un forno da cucina la radiazione emessa occupa una parte dello spettro EMC compreso tra 1 e 40-70micron di lunghezza d’onda.

I valori minimi e massimi causati dalle riflessioni si trovano a distanze micrometriche.

Già nello spazio minimo di alcuni centesimi di millimetro la potenza radiata è praticamente, perfettamente uniforme. Non abbiamo bisogno di roteare il cibo.

Gianfranco Verbana