A mikrohullámú sütő és Percy Spencer csokis cukorkája

felfedezés, tudomány

Az ételek sütésétéhez-főzéséhez hőre van szükség, amihez korábban fát vagy szenet, ma már főleg elektromos áramot vagy gázt használunk. Ezek közös jellemzője, hogy az általuk termelt hő kívülről melegíti fel – tehát főzi meg vagy süti át – az ételeket. És mivel ez több évszázadon át bevált, senkinek nem is jutott eszébe, hogy valami mással kísérletezzen.

A múlt század ötvenes éveiben azonban mégis megjelent egy olyan konyhai eszköz, amely egy egészen másféle anyag, az elektromágneses hullám, azon belül a mikrohullám felhasználásával melegíti fel az ételeket. Ez a mikrosütő, röviden a mikró, amely már csak azért is hamar népszerű lett, mert kényelmesebbé és gyorsabbá is tette a konyhai munkát. És ahogy az gyakran előfordul: ennek a találmánynak is volt köze a háborúhoz, és emellett a véletlen is nagy szerepet játszott a megszületésében.

Hogyan ismerték meg a tudósok az elektromágneses hullámok természetét?

A mikrosütőkben mikrohullámok melegítik fel az ételeket. Ezek olyan elektromágneses hullámok, amelyek frekvenciája kb. 0,3-300 GHz közötti, s a hullámhosszuk 1 m-1 mm.

Ma már tudjuk, hogy az elektromágneses hullámok az egész világegyetemet kitöltik (egyenletes elektromágneses háttérsugárzásként vannak jelen, ami 2,725 K értékű hőmérsékleti sugárzást jelent), ami azonban a 19-dik század végéig még nem volt ismert. Elsőként egy skót matematikus és tudós, James Clerk Maxwell (1831–1879) feltételezte, illetve számolta ki a hullámok valószínűségét matematikai úton, 1864-ben.

Néhány évvel később, 1888-ban a német fizikus, Heinrich Hertz (1857–1894) már kísérletekkel is bizonyította, hogy a rádióhullámok és a fény egyaránt elektromágneses hullámok. A név arra utal, hogy a hullámok ugyan fényszerűek, de egyúttal folyamatosan kölcsönhatásba lépnek az anyag töltött részecskéivel, és egymásra merőleges, oszcilláló elektromos- és mágneses teret hoznak létre. Elsőként Herz állított elő mesterségesen is rádióhullámokat, és mutatta be a frekvenciáik ismeretében, hogy a terjedési sebességük megegyezik a fényével.

A rádióhullámok, az infravörös sugárzás, a mikrohullámok, a röntgensugárzás és az ultraibolya sugarak egyaránt ugyanolyan elektromágneses hullámok, mint a fény, csak más a frekvenciájuk, és így a hullámhosszuk is.

A mikrohullámú tartományt a tudósoknak a huszadik század harmincas éveire sikerült pontosan feltérképezniük, ám ekkor a világpolitikai helyzet miatt kénytelenek voltak háborús szempontokból vizsgálni a gyakorlati felhasználási lehetőségeit. Ettől függetlenül alapfeltételként azt kellett megoldaniuk, hogy mesterséges úton, földi laboratóriumokban is rendszeresen, a veszélyek kizárásával tudjanak előállítani mikrohullámú sugárzást. Ennek elsőként kifejlesztett eszköze a vákuumcsöves magnetron volt, amely generátorként alkalmas nagy teljesítményű sugárzás előállítására. Ezt egyébként brit mérnökök fejlesztették ki a harmincas években, a háborúban használt radarokhoz.

Magazin
A legelső generátor, amellyel laboratóriumi körülmények közt mikrohullámokat állítottak elő, a magnetron volt. A képen egy felmetszett példányát látjuk. A sütőbe természetesen úgy szerelik be, hogy a belőle érkező sugarak kizárólag a készülék tányérjára helyezett tárgyat érjék, a készülékből semmiképp se tudjanak kiszökni. (Kép forrása)

A magnetron olyan vákuumcső, amelyben a központi katódot hengeres anód veszi körül. A mikrohullám attól keletkezik, hogy a katódról kilépő elektronok az elektromos és mágneses térben belépő erők hatására körpályán mozognak a katódszálat körülvevő anód üregeiben, és ezek rezonanciája adja ki a mikrohullámot. Kezdetben még számos technikai problémát meg kellett oldani ahhoz, hogy a magnetronok jól és biztonságosan működjenek, és ezen többen is dolgoztak.

Az egyik, ezzel foglalkozó cég a Massachusettsben működő Raytheon Manufacturing Company volt, amely az USA Védelmi Minisztériumával állt szerződésben. Itt dolgozott Percy Spencer is (1894 – 1970), aki 1939-re a radarcsövek tervezésének terén a világ egyik legjobb szakértőjévé vált, s a harci radarberendezések fejlesztésére és gyártására szóló megbízatást is ez a cég kapta meg. Érthető, hogy Spencernek ekkor nem jutott eszébe a mikrohullámok másféle felhasználásán is gondolkodni. Ám ekkor szólt közbe a véletlen.

A robbantott tojástól a kávémelegítésig

Egy alkalommal Spencer épp egy aktív radarkészülék előtt állt, amikor benyúlt a zsebébe egy csokis cukorkáért, majd meglepve tapasztalta, hogy amit megfogott, az forró és lágy. Ám mivel ő épp attól volt tudós, hogy ne menjen el egy ilyen jelenség mellett, nem kidobta a cukrot, hanem párokat keresett mellé. Éspedig olyan tárgyakban, amelyekkel bizonyítani tudja, hogy a cukorral nem véletlenül történt, ami történt, vagyis hogy a jelenség mögött létezik egy általánosítható törvényszerűség is. Ezért fogott egy csomag pattogatott kukoricát, és odatette a magnetronnal működő radar elé. Most már valószínűleg nem lepődött meg, amikor a kukoricaszemek sorra váltak szanaszét röpdöső, fehér kis pelyhekként a radar tányérja körül. Egyedül az a munkatársa járt rosszul, aki alighanem kételkedhetett az összefüggés létében, és amikor Spencer egy tojást tett a radar fölé, egy teáskannában, kíváncsiskodva belenézett, hogy történik-e ott valami egyáltalán. Sajnos neki már volt min csodálkoznia, mert a hirtelen felforrósodott tojás a szó szoros értelmében belerobbant az arcába.

Magazin
Közismert, hogy a mikróba nem szabad fémeket tenni. Hogy ennek mi az oka, azt ebből a videóból is megtudhatod.

Mindenesetre ettől egyértelművé vált, hogy a magnetronban gerjesztett mikrohullám felmelegíti az ételeket, ezért Spencer úgy döntött, hogy érdemes dolgoznia ennek egy konszolidált lehetőségén. Így született meg a mikrohullámú sütő, amelynek zárt fémdobozában úgy működhet a generátor, hogy az általa gerjesztett hullámok onnan nem szökhetnek ki, az ételek viszont felmelegszenek, megfőnek odabenn.

Ennek a következő mechanizmus az alapja: a mikróban használt, 2,45 GHz frekvenciájú hullámhoz tartozó elektromos tér iránya 1 másodperc alatt 2,45 milliárd alkalommal fordul meg. Az elé tett ételek mindegyike rendelkezik víztartalommal. A vízmolekula bipoláris, vagyis az egyik oldala kissé negatív, a másik kissé pozitív, ezért a vízmolekula követi az elektromos térirányt. Egy irányváltás ideje alatt a vízmolekula szintén éppen át tud fordulni, miközben súrlódik a szomszédos részecskékkel. A 2,45 GHz frekvencia pedig igen nagy súrlódást jelent. Vagyis az ételek itt a mágneses tér hatására forgolódó részecskék egymás közötti súrlódásától melegszenek föl.

Más szóval: belülről kifelé melegszenek, és így a melegítésre fordított energia nagyon koncentrált. A kényelem mellett nagy előnye még a mikrónak, hogy mivel az ételek belülről melegednek fel, ennek során az ételek külsején semmiképp sem keletkezik barna, túlsült kéreg, ami a sütőkben gyakori, és olykor az egészséget is veszélyeztetheti. A mikróban tehát nem játszódik le az ún. Maillard-reakció, amelynek során a cukormolekulák és a fehérjék a magas hő hatására reakcióba lépnek egymással. Itt tehát nem jönnek létre azok a barna szín- és aromaanyagok, amelyek ugyan ropogóssá teszik a krumplit, a húst vagy a kenyeret, de ha túl sokat eszünk belőlük, akár súlyos bajokat is okozhatnak.

Sokan mindezek ellenére a mikrohullámú sütőt veszélyesnek tartják, ám ez csupán megalapozatlan fantázia. Attól, hogy egy ételt nem kívülről melegítünk fel, hanem a benne lévő vízmolekulák mozgásának kihasználásával, az égvilágon senkinek semmi baja nem lesz. A veszélyt a készülékben egyedül a benne gerjesztett hullámok okozhatnák, ezekből azonban még annyi sem jut ki a környezetbe, mint amennyi egy rádiókészülék vagy a mobilunk használata közben ér minket. Ezért sokkal érdemesebb az előnyeinek örülni, mint másokat a nemlétező veszélyeivel riogatni.

Lévai Júlia


Címkék:

ajánló  állatkert  állatok  alvás  Antarktisz  aszteroida  Ausztrália  autó  baktérium  barlangok  betegség  Biblia  bolt  Budapest  buddhizmus  bútorok  búvárkodás  cidrimókus  császárság  csillagok  denevér  díj  divat  dory  édesség  éghajlat  egyensúly  egyház  egyiptom  elefánt  elektromosság  ember  emberi test  emlős  építmények  Északi-sark  etimológia  étkezés  eukaliptusz  Európa  fejlesztés  félelem  felfedezés  finommotorika  fizika  Föld  főzés  gyerekek  gyógyítás  gyógyszertár  háború  hajózás  halak  halál  halmazállapot  hangsebesség  hideg  hiszti  hogyan működik  hőmérő  hüllők  idő  időjárás  időszámítás  India  infrahangok  interjú  internet  iránytű  irodalom  iskolaérettség  iskolakezdés  járművek  játék  jel  jelentés  jelrendszer  Jézus  kalóz  kapitalizmus  karácsony  karantén  kémia  kereskedelem  kétéltűek  Kína  klímaváltozás  koala  kommunikáció  kórház  koronavírus  könyv  kőzetek  közlekedés  Krisztus  kultúra  kultúrtörténet  léghajó  leguán  légzés  LOGICO  lovagok  madarak  magasság  mágnes  mese  meteorológia  Mi MICSODA  mikroszkóp  mitológia  mítoszok  művészet  Nikola Tesla  Nobel-díj  növények  nyelv  nyomozás  óceán  ókor  ókori Görögország  oktatás  olimpia  olvasás  óra  Oroszország  orvoslás  öltözködés  őskor  pedagógus  pszichológus  pulzus  rajz  rák  receptek  régészet  repülés  robot  rovarok  sárkány  sejtek  sport  szavak  szellemek  szépség  szerzetesrendek  szimbólum  táplálkozás  távíró  technika  tél  tenger  terhesség  természet  természeti jelenségek  természeti katasztrófák  természettudomány  teszt  tobzoska  történelem  tudomány  tüntetés  újkor  ultrahang  úthálózat  ünnep  vadnyugat  vallás  város  Városliget  vasút  védőoltás  Velence  vidámpark  vidra  világűr  vírus  víz  vulkán  zarf  zene