Микроволновка: принцип работы и устройство

Микроволновая печь – один из незаменимых приборов на кухне, без которого сегодня домохозяйкам приходится сложно. Все прекрасно знают, как ею пользоваться: ставите блюдо, нажимаете 1-2 кнопки и ждете 2-3 минуты, после чего остается достать уже разогретую пищу. Однако мало кто понимает принцип работы микроволновки, то есть то, как работают основные ее элементы. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Принцип работы микроволновки

Все СВЧ-печи работают по одному принципу, и в роли основного элемента выступает магнетрон – специальное устройство, способное излучать волны малой длины и частотой 2450 МГц. В современных приборах его мощность составляет 700-1000 Вт. Отметим, что при работе он сильно нагревается, поэтому возле него устанавливают вентилятор, который выполняет сразу несколько функций: в первую очередь, он отводит тепло от магнетрона, во вторую - обеспечивает циркуляцию воздуха в камере микроволновой печи. В свою очередь, это обеспечивает равномерный разогрев продуктов.

Собственно, на этом и основан весь принцип работы микроволновки: магнетрон подает короткие волны с высокой частотой, которые воздействуют на пищу и разогревают ее. Конечно, подобное объяснение является примитивным, но и оно дает возможность понять суть процесса.

Более подробное объяснение

Микроволны, излучаемые магнетроном, проходят в камеру печи через специальный волновод – канал с металлическими стенками, отражающими магнитное излучение. После того как эти волны попадают в камеру, они воздействуют на пищу, а точнее – на молекулы воды, которые содержатся в любом продукте питания. В результате диполи (молекулы) под действием микроволн начинают быстро перемещаться, тереться друг о друга, что способствует выделению тепловой энергии. Так и происходит нагрев еды.

Особенность микроволн заключается в том, что они могут проникать вглубь до 3 сантиметров. Остальной объем продукта нагревается от верхнего слоя. Такой принцип работы магнетрона в микроволновке объясняет, почему после разогрева еда может быть горячей сверху и одновременно холодной внутри. Вглубь тепло проникает из-за естественной теплопроводности.

Если вы использовали подобный прибор ранее, то не могли не заметить, что в процессе разогрева он вращается. Это необходимо для того, чтобы микроволны попадали на все участки разогреваемых продуктов.

Защита от микроволн

Учитывая принцип работы микроволновки, логично задуматься о вреде ее для здоровья человека. Безусловно, излучаемые магнетроном микроволны являются вредными для человека. Однако после открытия дверцы магнетрон прекращает свою работу, поэтому человек физически не может ощутить на себе их влияние. А чтобы они не выходили за пределы камеры для разогрева, предусмотрена специальная защита. Все ее стенки выполнены из металла, который отражает волны, и те не могут покинуть пределы прибора. Что касается стеклянной дверцы (она просто обязана быть, чтобы пользователь мог видеть процесс разогрева или приготовления), то она покрыта специальной сеткой, отражающей микроволны. Если эту сетку убрать, то волны могут покидать пространство камеры, и это может реально навредить человеку. Недопустимо использовать СВЧ-печь, если есть повреждение, например, уплотнителя дверцы или ее сетки.

Кстати, учитывая тот факт, что металл отражает микроволны, металлическую посуду использовать недопустимо.

Конструкция устройства

Все СВЧ-печи работают одинаково, следовательно, они имеют один и тот же состав деталей. В частности, можно выделить следующие конструктивные элементы:

1. Магнетрон – основной агрегат, который является источником микроволн.
2. Камера с вращающимся подиумом и металлическими стенками, отражающими радиоволны.
3. Трансформатор для повышения напряжения.
4. Дверца с защитной сеткой и прозрачным стеклом.
5. Коммуникации и схема управления.
6. Волновод.
7. Вентилятор для охлаждения магнетрона.

Все эти элементы принимают то или иное участие в работе печи.

Работа магнетрона

Как уже было сказано, магнетрон – это сердце СВЧ-печи. Он представляет собой электровакуумный диод, выполненный из большого анода цилиндрической формы. Сам анод является медным, он сочетает в себе 10 секторов медной стенки.

В центре устройства находится стержневой катод, внутри канала которого расположена нить. Он предназначается для эмиссии электронов. Чтобы устройство генерировало микроволны, нужно создать в полости магнитное поле. Для этого применяются кольцевые магниты высокой мощности – они находятся по торцам детали. А для создания эмиссии к аноду подают напряжение, равное четырем тысячам вольт. Для достижения такого напряжения вступает в дело трансформатор в микроволновке. Принцип работы любой модели предполагает его наличие.

Также внутри прибора есть проволочные петли, которые подключаются к катоду, а тот к излучательной антенне. Именно с этого элемента микроволны попадают непосредственно в сам волновод, откуда они выходят и попадают в камеру с пищей.

Контроль мощности

Если для готовки еды требуется меньше мощности, то магнетрон может циклически включаться или отключаться. В науке подобная технология называется широтно-импульсной модуляцией.

Для того чтобы прибор мощностью 400 Вт выдал её половину в течение 20 секунд, то его активируют на 10 секунд, после чего отключают питание на те же 10 секунд. Конечно, все это происходит на полной автоматизации.

Охлаждение магнетрона

Отметим, что при работе прибор выделяет большое количество теплоты, следовательно, его нужно охлаждать. Для этого само устройство устанавливают в пластинчатый радиатор, а рядом располагают кулер. Он обдувает радиатор и отводит тепло от магнетрона. Если вентилятор не будет работать, то устройство может просто перегреться в процессе работы и банально выйти из строя. Но чтобы этого не произошло, его дополнительно комплектуют специальным термопредохранителем – защитным устройством.

Назначение предохранителя

Для того чтобы гриль и магнетрон не перегревались, в некоторых моделях устанавливают специальные термопредохранители (термореле). Они могут быть разными. В частности, основное отличие заключается в количестве тепла, которое они способны выдерживать.

Это устройство достаточно простое в плане своей работы. Оно выполнено из алюминиевого сплава, крепится при помощи фланцевого соединения, обеспечивающего надежный контакт с тем участком, на котором производится замер температуры. Внутри корпуса установлена биметаллическая пластина, которая может сопротивляться определенной температуре. И если значение температуры выходит за определенную границу, то пластина сжимается и активирует толкатель, и он размыкает цепь контактной группы. Подача электричества на агрегат после этого прекращается, магнетрон отключается и постепенно остывает, пластина возвращается в свое исходное положение по мере остывания магнетрона. Через определенное время контакты снова замыкаются.

Вот такой простой принцип работы микроволновки, в частности предохранителя от перегрева. Отметим, что в дешевых моделях этот элемент может отсутствовать, так как он совершенно не нужен для нормального функционирования устройства. Это лишь элемент защиты, повышающий надежность и срок службы печи, не более того.

Роль кулера

Говоря о том, как работает микроволновка, принцип работы необходимо объяснять с учетом всех конструктивных элементов, которые в ней могут применяться. Кулер – один из них. Безусловно, это важный компонент системы, без которого устройство и работа микроволновки не будут полноценными.

Его задачаи:

1. Охлаждение магнетрона. Это самая важная задача, без которой магнетрон сгорел бы в первый же день использования печи.
2. Охлаждение других компонентов, которые выделяют тепло при работе. В частности, речь идет о микросхемах.
3. В моделях, где есть гриль, кулер производит охлаждение термореле.
4. Создание избыточного давления в камере, где находится еда. Из-за этого пары и воздух выводятся через вентиляционные пути.

Чаще всего для выполнения всех этих функций достаточно всего одного вентилятора. Благодаря наличию в камере воздуховодных отверстий сам воздух распространяется равномерно.

Устройство камеры

В принципе, физика работы микроволновки сложной не является, ведь еще со школы известно, что сильное электромагнитное излучение опасно для человека. Именно оно исходит от магнетрона и поступает в камеру с пищей, поэтому в этом устройстве необходима сильная многоуровневая система защиты.

Вся рабочая камера внутри покрывается эмалью, что блокирует электромагнитное излучение. Сверху находится металлический кожух, препятствующий проникновению волн в помещение. А для защиты стеклянной дверцы предусматривается стальная сетка с мелкими ячейками – она блокирует излучение частотой до 2450 Гц и длиной волн до 12 см.

Отметим, что дверца – это самое слабое место, через которое микроволны могут просочиться, поэтому она должна максимально прочно прилегать к корпусу и не иметь зазоров. Если будет щель, то эксплуатация прибора запрещается. В этом случае необходимо поправить петли дверцы и вернуть ее в исходное положение.

К тому же алгоритм работы микроволновки предусматривает использование специального защитного устройства от включения с открытой дверцей. Подобная система может быть реализована по-разному, чаще всего используются микропереключатели, контролирующие положение дверцы. Эти переключатели могут выключать магнетрон, передавать информацию о положении дверцы на блок управления.

Панель управления

Она есть на любой модели. В старых устройствах панель управления представлена в виде всего лишь двух (или даже одного) механических переключателей. Одним задается режим работы (разогрев, размораживание и т. д.), другим время. Схема примитивная, но рабочая и простая.

Однако современные модели оснащаются большой сенсорной панелью. Такие панели управления предоставляют пользователю большой функционал и даже возможность программировать режим. Например, можно задать определенное время старта разогрева пищи, длительность процесса, можно даже указать еду или блюда, которые будут разогреваться. И хотя кажется, что такие приборы являются более совершенными, в техническом плане отличий мало. Электронная панель управления не меняет то, как работает микроволновка.

Блок управления

Командоаппарат есть в каждом устройстве (не только в СВЧ-печах), где в определенный момент должно быть выполнено то или иное действие. Благодаря ему обеспечиваются разные функции. В частности, прибор с его помощью может поддерживать заданную температуру, включать или отключать печь после заданной операции.

В более старых СВЧ-печах это устройство представлено в виде двух электромеханических переключателей – они и отвечают за описанные выше функции и играют важную роль в общем устройстве микроволновки. Конечно, со временем электроника развивалась, и в результате появились полностью электронные блоки управления. Сейчас в СВЧ-печах (и не только в них) применяются микропроцессоры и специальные программы, в соответствии с которыми прибор может выполнять ту или иную функцию:

1. Встроенные часы.
2. Размораживание пищи.
3. Подача звукового сигнала о завершении процесса размораживания, приготовления или разогрева еды.

Заключение

Теперь вы более точно понимаете, как работает микроволновка. Принцип работы данного устройства относительно прост. Он основывается на элементарных законах физики.

Закрепим изученное: магнетрон (основной элемент СВЧ-печи) излучает очень короткие радиоволны с высокой частотой. Они воздействуют на молекулы воды, из-за чего те начинают активно двигаться. Этот процесс сопровождается выделением теплоты. Учитывая тот факт, что волны проникают неглубоко в пищу, нагревается только поверхность продуктов, а далее за счет естественной теплопроводности тепло переходит вглубь.

Это и есть основной принцип работы микроволновки. Устройство и основные элементы мы также рассмотрели в данной статье. Все они являются классическими и используются в абсолютно всех моделях от любых производителей. На данный момент описанная выше рабочая схема является единственной, хотя разные производители могут использовать отличающиеся по каким-либо параметрам модули. К примеру, в одной модели может быть использован более мощный магнетрон, который сможет разогреть еду гораздо быстрее. В других компактных моделях этот элемент может иметь низкую мощность, что позволяет создать прибор небольших размеров. Подобных отличий сотни, но принцип работы от этого не меняется совершенно. Конечно, более сильный магнетрон определяет то, сколько работает микроволновка по времени для разогрева пищи одного объема. Поэтому, если не любите ждать, то лучше выбирать модель помощнее.

На этом все. Мы полностью разобрали устройство этого предмета бытовой техники и ответили на большинство вопросов, с ним связанных.