Проект по физике на тему: "Microwave и всё о ней"

Чтобы избежать возможности возгорания, ожогов, ударов электрическим током, а также утечки микроволновой энергии, пользоваться СВЧ-печью следует с соблюдением мер предосторожности.

1. Прежде чем начать эксплуатацию печи, внимательно изучите инструкцию.

2. Печь, предназначенную для приготовления пищи в домашних условиях, используйте только по назначению.

3. Не включайте пустую печь.

4. Не пользуйтесь прибором с поврежденным сетевым шнуром или вилкой.

5. Не включайте печь, если она неисправна.

6. Не оставляйте прибор без присмотра, особенно если в доме есть маленькие дети.

7. Не храните в микроволновой печи продукты или другие вещи.

8. Извлекая из печи напитки или соусы, соблюдайте осторожность, так как при разогревании жидкости могут закипеть.

9. Не разогревайте жидкости или продукты в герметичной упаковке, чтобы они не взорвались в печи.

10. Во избежание загорания внутри рабочей камеры следите, чтобы продукты не перегревались. Если пища готовится в посуде из легковоспламеняющихся материалов (пластика, бумаги), наблюдайте за процессом. Прежде чем поместить продукт в печь, не забудьте удалить проволоку с упаковки. Если пламени избежать не удалось, выключите прибор, не открывая дверки камеры.

11. Готовя пищу в микроволновой печи, не используйте большое количество масла. Закипев, оно будет брызгать во все стороны и может повредить стенки камеры и посуду.

12. Нельзя помещать в печь яйца в скорлупе, они взрываются и портят стенки камеры.

13. Толстую кожуру овощей и фруктов, перед тем как поместить их в микроволновку, следует проколоть вилкой или ножом.

При открывании дверцы держитесь от микроволновки на расстоянии вытянутой руки. Извлекая посуду с готовым блюдом из печи, пользуйтесь прихватками.

Правила безопасности

при эксплуатации

микроволновой

печи

История появления СВЧ

Изобретатель: Перси Спенсер
Страна: США
Время изобретения: 8 октября 1945 г.

Благодаря своевременной конверсии военной промышленности у домохозяек второй половины ХХ века появился дополнительный досуг.

Дело было в США в далеком 1945 году. Инженер компании Raytheon, специализировавшейся на производстве военной техники, Перси Спенсер (Percy Lebaron Spencer, 1894–1970) испытывал сконструированный им излучатель сверхвысокочастотных волн, предназначавшийся для радара ПВО.

День клонился к вечеру, и Спенсер решил подкрепиться. Опустив руку в карман, он с изумлением обнаружил вместо шоколадного батончика некую пастообразную массу. Выходило, что волны разогрели батончик. Кукурузные зерна, расположенные исследователем перед излучающей антенной, мгновенно превратились в попкорн. А яйцо, подвергнутое облучению мощностью 10 кВт, так и вовсе взорвалось. Правда, его содержимое не забрызгало Спенсера, поскольку он ловко спрятался за спины коллег, которых он пригласил на демонстрацию чудесных свойств микроволн.

   8 октября 1945 года Перси Спенсер зарегистрировал патент № 2 495 429 на аппарат для приготовления еды при помощи электромагнитных волн. А через два года, когда конструкция была доведена до ума, компания Raytheon начала выпускать первые в мире СВЧ-печи.

В действительности дело обстояло по-иному, а история с озарением была предъявлена газетчикам из рекламных соображений. Действительно, испорченные брюки и обляпанные яичным желтком инженеры — разве это не заинтересует потенциального потребителя новой продукции?

Роль озарения сыграла непростая для компании ситуация, из которой необходимо было найти оптимальный выход. Германия была повержена, то же самое в самом ближайшем будущем ожидало и Японию. Победоносное завершение войны — это, конечно, было прекрасно. Однако конкретно для компании Raytheon, работавшей исключительно на победу, окончание войны означало резкое сокращение заказов министерства обороны. И это могло привести к её финансовому краху.

Примерно такие горькие слова произнес основатель компании Лоуренс Маршалл (Laurence K. Marshall), пригласив к себе на уик-энд шестерых ведущих специалистов. И поставил вопрос ребром: либо мы в кратчайшие сроки осваиваем какую-либо конкурентоспособную продукцию для народа-победителя, либо…

Начался мозговой штурм, главную роль в котором, несомненно, играл Перси Спенсер — инженер-самоучка, не имевший высшего образования, но компенсировавший его отсутствие гибким умом и способностью к парадоксальному мышлению. Именно он и предложил производить микроволновые печи, что и зафиксировано в патенте, выданном на его имя. Кстати, самородок из Массачусетса собрал за свою долгую и плодотворную деятельность более ста патентов в сфере волновой техники.

Микроволно́вая печь

 (также СВЧ-печь; устар. микрово́лновая^[1]; разг. микроволно́вка) — электроприбор, использующий явление разогрева водосодержащих веществ электромагнитным излучением дециметрового диапазона (обычно с частотой 2,450 ГГц) и предназначенный для быстрого приготовления, подогрева или размораживания пищи.

В промышленности эти печи используются для сушки, разморозки, плавления пластмасс, разогрева клеев, обжига керамики и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев пищи в СВЧ-печи происходит не только с поверхности разогреваемого тела, но и по его объёму, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами примерно на 1,5 — 2,5 см по глубине от поверхности. Это сокращает время разогрева пищи; средняя скорость нагрева в СВЧ-печах составляет 0,3—0,5 °С в секунду.

Патент на микроволновую печь был выдан в 1946 году.

Первая в мире СВЧ-печь «Radarange» была выпущена в 1947 году фирмой Raytheon и была предназначена не для приготовления пищи, а для быстрого размораживания продуктов и использовалась исключительно военными (в солдатских столовых и столовых военных госпиталей). Её высота была примерно равна человеческому росту, масса 340 кг, мощность — 3 кВт, что примерно в два раза больше мощности современной бытовой СВЧ-печи. В 1949 году началось их серийное производство. Стоила эта печь около $3000.

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

25 октября 1955 года американская компания «Tappan Company» впервые представила бытовую микроволновую печь.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 году. Первоначально спрос на новое изделие был невысок.

В СССР с начала 80-х микроволновые печи выпускались на заводах:

• ЗИЛ (модель «ЗИЛ») и Южный машиностроительный завод (модель «Мария МВ»)

• Тамбовский завод «Электроприбор» (Модель «Электроника»);

• Днепровский машиностроительный завод им. Ленина (ДМЗ) выпускал «Днепрянка-1» (1990 г, 32 литра, магнетрон М-105-1, потребляемая мощность 1300 ватт, мощность СВЧ-излучения 600 ватт, масса 41 кг, цена 350 руб)^[2] и «Днепрянка-2»^[3].

Утверждение о советском приоритете

17 мая 2011 года газета «Труд» сообщила, что в её номере от 13 июня 1941 года в заметке была описана специальная установка, использовавшая токи ультравысокой частоты для обработки мясных продуктов и разработанная в лаборатории магнитных волн Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности.

Меры предосторожности при эксплуатации[править | править вики-текст]

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами, что может разрушить посуду в области металлического напыления.

Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений нежелательно сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом проткнуть каждую сосиску вилкой).

Запрещено включать пустую микроволновку. Необходимо как минимум поставить в неё стакан воды^[5].

Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

   Знание о способности излучателей радиоволн СВЧ-спектра разогревать электропроводящие предметы не могло быть явлено ему как откровение в виде расплавленной шоколадки. Он, активно работавший с магнетронами — микроволновыми излучателями, — знал об этом на практике. К тому же он не мог не читать публикации на эту тему в журналах по радиоэлектронике. Так что это было не открытие, а изобретение нового прибора, основанное на хорошо известных физических принципах.

Так что же это за принципы? Или, иными словами, что именно и каким образом разогревает внутри микроволновки сэндвичи и приготавливает бифштексы?

Электромагнитные волны СВЧ-диапазона действуют на тело совсем не так, как видимый свет или инфракрасные лучи, которые по большей части просто отражаются от поверхностей.

Но для СВЧ излучения поверхность оказывается почти прозрачной, и электромагнитная волна проникает внутрь тела на относительно большую глубину — порядка нескольких миллиметров. И там происходит два разных физических процесса, обеспечивающих нагревание облучаемых предметов.

Во-первых, энергия одного кванта такого излучения близка энергии валентной связи молекулы воды. Из-за этого молекула воды под действием лучей начинает быстро вибрировать, расталкивая соседей. В конце концов, эти осцилляции превращаются в кинетическую энергии молекул, то есть в тепло.

Во-вторых, меняющееся электромагнитное поле индуцирует внутри готовящейся еды вихревые токи, их называют ещё токами Фуко. А поскольку пища по большей части хотя и проводит ток, но обладает большим электрическим сопротивлением, то и токи Фуко внутри нее быстро превращаются в тепло. Пропорция этих двух факторов сильно зависит от того, что именно в печи приготавливается.

В частности, именно из-за этого металлические предметы помещать в камеру микроволновки категорически запрещается. Токи Фуко в них будут порождать сильное вторичное электромагнитное поле, вследствие чего в камере начнется искрение, и мы сможем наблюдать миниатюрную грозу. Это, конечно, красивое зрелище, но электрические разряды способны вывести из строя не только электронику, но и силовой агрегат.

   «Сердцем» микроволновки является магнетрон — устройство, генерирующее электромагнитные волны частотой 2450 МГц. Данная частота в 1945 году была выделена компании Raytheon Федеральной комиссией по связи США для использования в бытовых приборах из таких соображений, чтобы она, с одной стороны, не пересекалась с частотами, применяющимися в радиолокации, с другой, — не залезала на «территорию» телевещания и FM-радио.

Но с технической точки зрения, в микроволновой печи точно так же работали бы любые электромагнитные волны, находящиеся в диапазоне от инфракрасного излучения до верхней границы частот длинноволновых радиостанций. В принципе, обед можно разогреть и несущим сигналом мобильного телефона, работающего в стандарте GSM, частота которого равна 1800 МГц. Если, конечно, он будет иметь значительно большую мощность.

Магнетрон представляет собой герметичную металлическую камеру, в которой размещается катод — тонкая нить, испускающая при нагревании электроны. Анодом, положительным электродом, являются стенки магнетрона. Внутри магнетрона формируется сильное магнитное поле, которое закручивает электроны, движущиеся от катода к аноду. Есть и специальные полости, являющиеся резонансными камерами. Их размер и форма задают частоту генерируемых волн.

  Если с магнетроном Спенсеру было все ясно, то оптимальную конструкцию камеры, в которой должны размещаться продукты, он разрабатывал и доводил до ума вместе с молодым инженером Марвином Боком почти два года. Выделенная федеральной комиссией частота имела существенный недостаток: длина её волны составляла 12 см и была соизмерима с размерами камеры. Это могло приводить и к образованию стоячих волн, и к фрагментарному прогреву продуктов за счет неравномерности поля.

Эту проблему вначале попытались решить при помощи того, что одну из стенок ящика сделали подвижной, перемещающейся при помощи электромоторчика. Однако такая конструкция оказалась слишком сложной и ненадежной.

  И тогда Марвин Бок подвесил к потолку камеры несколько металлических стержней, которые вращались с частотой три оборота в секунду и тем самым как бы «размешивали» поле, делая его более равномерным. Ещё больших успехов добились, присовокупив к стержням вращающийся стол, на котором располагается контейнер с едой. Это конструктивное решение стало классическим и применяется во всех без исключения микроволновках уже полвека.

Ещё одна проблема, с которой столкнулись инженеры, заключалась в том, что мощность, выделяемая магнетроном, не поддается регулированию. При снижении подаваемого на магнетрон напряжения прекращается термоэлектронная эмиссия, нарушаются условия резонанса, и происходит срыв генерации волны. И, следовательно, микроволновка не способна работать в режиме размораживания и разогрева небольших объемов пищи, с одной и той же прытью она обрабатывает и горстку зеленого горошка, и рождественскую индейку.

  Но не зря Спенсеру выдали более сотни патентов. Он предложил регулировать подачу мощности за счет периодического отключения магнетрона на «малых оборотах». Если регулятор печи включен на 50-процентную мощность, то это означает, что половину времени магнетрон «отдыхает». При 10-процнентной нагрузке паузы соответственно занимают 90% времени работы печи. Этот метод регулировки не претерпел никаких изменений до настоящего времени.

В 1947 году микроволновая печь Raytheon была выпущена на рынок. Её презентацию проводила очаровательная блондинка, рост которой существенно превышал среднестатистические 165 см. Это объяснялось желанием производителей несколько замаскировать истинные размеры своего могучего детища. Печь при выходной мощности 3 кВт весила 340 кг, а в высоту достигала 170 см.

  К ней была подведена труба для водяного охлаждения, а запитывалась она от нестандартной для США сети с напряжением 220 В. Впечатляла и стартовая цена — 3 тысячи долларов. В общем, продукт получился явно не массовый, на кухню его не поместишь. Однако рестораны начали с большим энтузиазмом закупать СВЧ-печи, поскольку они обладали неоспоримым достоинством: незамысловатые американские блюда типа сэндвичей и хот-догов приготавливались в них молниеносно.

Два десятилетия компания Raytheon постепенно снижала габариты микроволновки и уменьшала себестоимость её изготовления. В конце концов появились доступные для среднего американца печи по цене 400–500 долларов. Однако в начале 1970-х годов их выпуск на всю необъятную страну составлял лишь 40 тысяч штук в год.

  Что объяснялось не только мифами о вреде СВЧ для здоровья, но и тем, что американцы ещё не распробовали достоинства нового товара. Оживление продаж началось в 1972 году с приходом на американский рынок дешевых 300-долларовых японских печей. А бум разразился в середине 1980-х, когда 90 процентов американских и европейских семей имели микроволновые печи.

Этот скачок в последнюю очередь объясняется снижением цен. Дело в том, что с появлением микропроцессоров, которые начали встраивать в микроволновки, печи приобрели новое качество. Прежде в них было наиболее рационально размораживать продукты и разогревать приготовленное накануне на электрической или газовой плите.

С появлением же программируемых печей максимально упростился, облегчился и ускорился процесс приготовления пищи. Достал продукт из холодильника, загрузил в камеру микроволновки, выбрал нужную программу, установил таймер и отправился по делам. А, вернувшись, достал из печи свежеприготовленное блюдо. Которое будет ещё и с румяной корочкой, поскольку теперь в СВЧ-печи встраивают гриль.

Как говорилось в былые времена, правда, по другому поводу — жить стало лучше, жить стало веселее. У урбанизированных граждан в связи с уменьшением бытовых проблем появилось дополнительное время, которое можно проводить с большой пользой для души и тела, занимаясь самообразованием и спортом. Однако, как показывает весь ход истории человечества, для большинства людей комфорт является самоцелью, возможностью не нагружать мускулатуру и нейронные цепи. И в этом случае дополнительное свободное время посвящается телевизору. И это единственный вред, который микроволновая печь способна причинить человеческому организму. Все прочие слухи и домыслы относятся к области ненаучной фантастики.

Правила безопасности при эксплуатации микроволновой печи

Чтобы избежать возможности возгорания, ожогов, ударов электрическим током, а также утечки микроволновой энергии, пользоваться СВЧ-печью следует с соблюдением мер предосторожности.

1. Прежде чем начать эксплуатацию печи, внимательно изучите инструкцию.

2. Печь, предназначенную для приготовления пищи в домашних условиях, используйте только по назначению.

3. Не включайте пустую печь.

4. Не пользуйтесь прибором с поврежденным сетевым шнуром или вилкой.

5. Не включайте печь, если она неисправна.

6. Не оставляйте прибор без присмотра, особенно если в доме есть маленькие дети.

7. Не храните в микроволновой печи продукты или другие вещи.

8. Извлекая из печи напитки или соусы, соблюдайте осторожность, так как при разогревании жидкости могут закипеть.

9. Не разогревайте жидкости или продукты в герметичной упаковке, чтобы они не взорвались в печи.

10. Во избежание загорания внутри рабочей камеры следите, чтобы продукты не перегревались. Если пища готовится в посуде из легковоспламеняющихся материалов (пластика, бумаги), наблюдайте за процессом. Прежде чем поместить продукт в печь, не забудьте удалить проволоку с упаковки. Если пламени избежать не удалось, выключите прибор, не открывая дверки камеры.

11. Готовя пищу в микроволновой печи, не используйте большое количество масла. Закипев, оно будет брызгать во все стороны и может повредить стенки камеры и посуду.

12. Нельзя помещать в печь яйца в скорлупе, они взрываются и портят стенки камеры.

13. Толстую кожуру овощей и фруктов, перед тем как поместить их в микроволновку, следует проколоть вилкой или ножом.

При открывании дверцы держитесь от микроволновки на расстоянии вытянутой руки. Извлекая посуду с готовым блюдом из печи, пользуйтесь прихватками.

Принцип работы

В печи происходит диэлектрический нагрев материалов, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний вызывает под действием электрической компоненты поля движение молекул, обладающих дипольным моментом, и межмолекулярное трение приводит к увеличению температуры материала.

Распространенное мнение о том, что частота выбрана соответствующей резонансной частоте воды, не соответствует действительности — последняя составляет 22,24 ГГц  в то время как большинство бытовых СВЧ-печей работают на частоте 2450 МГц, в США некоторые индустриальные модели — на частоте 915 МГц.

Частота выбрана по практическим и конструктивным соображениям:

• Магнетрон, с мощностью от 500 Вт, должен обладать приемлемой эффективностью, стоимостью и габаритами;

• Частота должна находиться в разрешенном выделенном радиодиапазоне частот (в данном случае ISM диапазон);

• Глубина проникновения радиоволн в нагреваемый объект должна лежать в районе нескольких сантиметров (чем ниже частота — тем больше глубина проникновения).

Электромагнитные волны СВЧ-диапазона действуют на тело совсем не так, как видимый свет или инфракрасные лучи, которые по большей части просто отражаются от поверхностей.

Но для СВЧ излучения поверхность оказывается почти прозрачной, и электромагнитная волна проникает внутрь тела на относительно большую глубину — порядка нескольких миллиметров. И там происходит два разных физических процесса, обеспечивающих нагревание облучаемых предметов.

Во-первых, энергия одного кванта такого излучения близка энергии валентной связи молекулы воды. Из-за этого молекула воды под действием лучей начинает быстро вибрировать, расталкивая соседей. В конце концов, эти осцилляции превращаются в кинетическую энергии молекул, то есть в тепло.

Во-вторых, меняющееся электромагнитное поле индуцирует внутри готовящейся еды вихревые токи, их называют ещё токами Фуко. А поскольку пища по большей части хотя и проводит ток, но обладает большим электрическим сопротивлением, то и токи Фуко внутри нее быстро превращаются в тепло. Пропорция этих двух факторов сильно зависит от того, что именно в печи приготавливается.

В частности, именно из-за этого металлические предметы помещать в камеру микроволновки категорически запрещается. Токи Фуко в них будут порождать сильное вторичное электромагнитное поле, вследствие чего в камере начнется искрение, и мы сможем наблюдать миниатюрную грозу. Это, конечно, красивое зрелище, но электрические разряды способны вывести из строя не только электронику, но и силовой агрегат.

   «Сердцем» микроволновки является магнетрон — устройство, генерирующее электромагнитные волны частотой 2450 МГц. Данная частота в 1945 году была выделена компании Raytheon Федеральной комиссией по связи США для использования в бытовых приборах из таких соображений, чтобы она, с одной стороны, не пересекалась с частотами, применяющимися в радиолокации, с другой, — не залезала на «территорию» телевещания и FM-радио.

Но с технической точки зрения, в микроволновой печи точно так же работали бы любые электромагнитные волны, находящиеся в диапазоне от инфракрасного излучения до верхней границы частот длинноволновых радиостанций. В принципе, обед можно разогреть и несущим сигналом мобильного телефона, работающего в стандарте GSM, частота которого равна 1800 МГц. Если, конечно, он будет иметь значительно большую мощность.

Магнетрон представляет собой герметичную металлическую камеру, в которой размещается катод — тонкая нить, испускающая при нагревании электроны. Анодом, положительным электродом, являются стенки магнетрона. Внутри магнетрона формируется сильное магнитное поле, которое закручивает электроны, движущиеся от катода к аноду. Есть и специальные полости, являющиеся резонансными камерами. Их размер и форма задают частоту генерируемых волн.

Мощность печи

Мощность бытовых СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Вт и выше. Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать мощность, используемую для разогрева. Для этого в недорогих моделях печей нагреватель (магнетрон) согласно установке регулятора мощности периодически включается и выключается, изменяя среднее количество подаваемой энергии методом широтно-импульсной модуляции (широко используемый также во многих прочих нагревательных приборах, например, утюгах, нагревателях).

Меры предосторожности при эксплуатации

Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде.

Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами, что может разрушить посуду в области металлического напыления.

Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений нежелательно сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом проткнуть каждую сосиску вилкой).

Запрещено включать пустую микроволновку. Необходимо как минимум поставить в неё стакан воды.

Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц для населения (на селитебной территории, в местах массового отдыха, внутри жилых помещений) 10 мкВт/см².

Правила безопасности

• Нельзя включать пустую печь, без единого предмета, который поглощал бы микроволны.

• Не стоит опираться локтем на работающую микроволновку или прислоняться лицом к дверце, пытаясь разглядеть, что происходит внутри.

• Посуда металлическая или золотыми ободками совершенно непригодна.

• Нельзя, чтобы печь работала на максимальной мощности.

• Не ставить в печь плотно закрытые емкости: бутылки, консервные банки, контейнеры, а также яйца.

Главное:

1) внимательно читать инструкцию

2) следовать рекомендациям производителя

3) соблюдать рецептуру приготовления блюд.

Сценарий проекта

Тема: «Microwave и всё о ней»

Пояснительная записка

Microwave oven, так по-английски называется микроволновая печь, всем нам хорошо известная. Но тут, же возникает вопрос, достаточно ли мы информированы о нашей незаменимой помощнице на кухне? Ведь с СВЧ - печами связаны некоторые заблуждения, которые объясняются непониманием характера вида электромагнитных волн и механизма микроволнового нагрева. Многие ученые до сих пор продолжают изучать влияние микроволновых печей на продукты питания и на организм человека.

Цель – узнать все сведения о микроволновой печи и в дальнейшем её безопасной эксплуатации.

Задачи:

1.Изучить историю изобретения Microwave.

2. Детально разобрать её устройство и принцип работы.

3. Выяснить больше вреда или пользы от СВЧ для здоровья людей.

4.Уточнить меры безопасности при эксплуатации данной техники.

Методы исследования:

• выбор необходимой информации в Интернете;

• работа с научной литературой;

• анкетирование и обработка результатов учащихся своей школы;

• проведение экспериментов и подготовка презентации;

• видео ролик.

В ходе исследования удалось выяснить, что более 70 лет назад, американский физик  Перси Спенсер сделал открытие, причём совершенно случайно работая с устройством, излучавшим сверхвысокочастотные волны. Было любопытно узнать, что магнетрон является важнейшей частью любой микроволновой печи и откуда появляется тепло в ней. Оказывается, всемирная организация здравоохранения выдала вердикт - в микроволновых печах используется излучение, не оказывающее вредного влияния ни на человека, ни на еду. Но, конечно, при эксплуатации надо соблюдать правила техники безопасности, например, нельзя ставить в микроволновую печь плотно закрытые емкости: бутылки, консервные банки, контейнеры с продуктами и т.д. Негативные последствия при нарушении правил имеют место быть.

Вывод: микроволновая печь, как и любой бытовой электроприбор, может приносить пользу, а может нанести вред. Важно, внимательно читать инструкцию; следовать рекомендациям производителя; соблюдать рецептуру приготовления блюд и другие.

Продукт проекта: создание презентации, выпуск инструкции (буклет).

Литература и источники:

1.Использованы материалы портала «Наука и жизнь» http://www.nkj.ru/archive/articles/1677/.

2. В.Коляда "Покупаем от А до Я", статья.

3. class - fizika. narod. ru.

4.Бондарь Е.С. Современные бытовые электроприборы и машины /Бондарь Е.С., Кравцевич В.Я. — М.: Машиностроение,1987. – 224.

5. Видео ролик - Galileo._Mikrovolnovka.

6. Википедия, устройство и принцип работы СВЧ.

Устройство микроволновки

Устройство и конструкция СВЧ-печи

Главная деталь в любой СВЧ печи – это магнетрон. Магнетрон – это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение.

СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри.  Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor (Turntable motor).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M (Fan motor), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это "мозги" микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board. Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор. На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле: RELAY1, RELAY2, RELAY3. Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи - это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor), ТЭН гриля (Grill Heater), лампа подсветки O.L (Oven Lamp).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 - 2000 Вт (1,5 - 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 - 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor) и диоде (H.V. Diode) создаёт постоянное напряжение в 4kV для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80⁰ – 100⁰C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT (устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT (контролирует температуру гриля).

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом - на температуру отключения 120 – 145⁰С.

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH – главный выключатель, SECONDARY SWITCH– вторичный выключатель). Третий – MONITOR SWITCH (контрольный выключатель) – размыкает свои контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр - NOISE FILTER.

Авторы работы:

Высоцкий Роберт

Чураков Юрий

Серебряков Руслан

Куницын Илья

Руководитель: Рябцева С.Н.

г. Красноярск

2016-2017 уч. год

Проблема

Самая главная проблема - это незнание правил безопасности при эксплуатации микроволновой печи.

Цель исследования

Изучить все о микроволновой (СВЧ) печи, а именно:

1) узнать историю изобретения;

2) понять устройство и принцип работы этой бытовой техники;

3) выяснить чем вредна или полезна СВЧ печь для людей;

4) уточнить правила техники безопасности.

Задачи

• Изучить когда и кто впервые изобрёл микроволновую печь.
• Разобрать устройство печи и понять её принцип действия .
• Опросить окружающих о их знаниях про СВЧ печи.
• Познакомиться с основными мерами безопасности при эксплуатации.
• Предоставить изученную информацию в виде презентации и буклета .

Гипотеза

2) СВЧ печь Безопасна

• СВЧ печь Опасна

Методы исследования

1. Выбор необходимой информации в Интернете. 2. Работа с научной литературой. 3. Анкетирование учащихся школы. 4. Обработка результатов. 5. Подготовка презентации и буклета.

План исследования

• Анкетирование учащихся.
• История создания и прогресс.
• Устройство и принцип действия.
• Экспериментирование.
• Доказательство гипотезы.
• Правила безопасности.
• Вывод.

Анкетирование

Чтобы узнать как много людей пользуется микроволновыми печами, знают их устройство и принцип действия, считают ли они их вредными для людей или полезными для пищи, мы провели опрос. На вопросы анкеты ответили 74 человек, учащихся 10 г и 11-12 классов .

Анализ анкетирования показал, что практически все (74) опрошенные пользуются микроволновой печью по 3-5 раз в день и даже до 10 - 15 раз.

Применяют в основном для разогревания пищи.

При этом

40 человек считает, что микроволны не влияют на здоровье человека и на качество приготовленной пищи,

12 ребят ответили, что вред равен пользе ,

22 считают - вреда больше.

Но никто из них не собираются отказываться от использования микроволновой печи в повседневной жизни.

История изобретения

Более 70 лет назад, американский  инженер

  Перси Спенсер

  впервые заметил способность сверхвысокочастотного излучения к нагреванию продуктов и запатентовал микроволновую печь.

Перси Спенсер

Легенда происхождения

В 1942 году Спенсер проводя эксперименты с магнетроном заметил, что шоколад в его кармане расплавился.

По другой версии, он заметил, что нагрелся бутерброд, положенный на включённый магнетрон.

Первые микроволновки

В 1945 году Спенсер получил патент на использование микроволн для приготовления пищи.

В 1947-м на кухнях госпиталей и военных столовых, появились первые приборы для приготовления пищи с помощью микроволн.

фирма «Райтеон», вес 340 кг.

Прогресс

В 1979-м впервые применена микропроцессорная система управления печью.

В 1999-м разработана первая микроволновая печь с выходом в Интернет.

Микроволновое излучение- это электромагнитные волны длиной от 1 мм -1 м, которые используются не только в микроволновых печах, но и в радиолокации, радионавигации и им подобных приборах.

Микроволны существуют в природе, их испускает Солнце.

Шкала электромагнитных излучений.

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

Электрическая цепь

Магнетрон

Принцип действия

Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, чтобы на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный. Таких молекул в пище много — это молекулы жиров, сахаров и воды.

Возникновение тепла

В электрическом поле молекулы выстраиваются строго по направлению силовых линий, "+" в одну сторону, "-" в другую. Если поле поменяет направление, то молекулы тут же переворачиваются на 180°, а поле волны, меняет полярность 4 млрд. 900 млн. раз в секунду! Молекулы поворачиваются с бешеной частотой и трутся одна о другую, от этого трения выделяется тепло, которое служит причиной разогрева пищи.

Положительный момент

1. В СВЧ печах используется излучение, которое не оказывает вредного влияния ни на человека, ни на продукты питания.

2. Благодаря микроволновкам снизилось заболевание раком желудка, так как в пищу не добавляется масло. А способ приготовления - паровой.

3.СВЧ в 2 раза лучше сохраняют витамины и минералы в пище, из-за малого промежутка времени. При приготовлении еды на плите разрушается до 60 % витамина С, а под воздействием микроволн - всего от 2 до 25%.

Отрицательный момент

Непосредственное воздействие микроволн может вызвать ожог.

Риск при не правильной эксплуатации и использовании не исправной микроволновой печи увеличивается.

Заблуждения

1. Микроволны радиоактивны или делают продукты радиоактивными.

2. Микроволны изменяют молекулярную структуру продуктов питания или делают продукты канцерогенными .

3. Микроволновые печи испускают опасное излучение.

Правила безопасности

• Нельзя включать пустую печь, без единого предмета, который поглощал бы микроволны.
• Не стоит опираться локтем на работающую микроволновку или прислоняться лицом к дверце, пытаясь разглядеть, что происходит внутри.
• Посуда металлическая или золотыми ободками совершенно непригодна.
• Нельзя, чтобы печь работала на максимальной мощности.
• Не ставить в печь плотно закрытые емкости: бутылки, консервные банки, контейнеры, а также яйца.

Вывод

В заключение хочется сказать, что микроволновая печь, как и любой бытовой прибор, может приносить пользу, а может нанести вред.

Главное:

1) внимательно читать инструкцию

2) следовать рекомендациям производителя

3) соблюдать рецептуру приготовления блюд.

Наконец, никто не заставляет готовить в СВЧ печах, а можно использовать их только для разогрева готовых блюд.