Práctica. Física y Química. N15. C. ¿Cómo funciona un microondas? 2013

Introducción

Saludos, somos María Horta, Aitana Manzanas, Marta González , Juan Carlos de la Peña, Felipe Grandes y Juan Rodríguez, alumnos del Colegio Estudio y vamos a realizar una práctica de Física y Química en la que explicaremos en los siguientes apartados qué es un horno microondas, cómo funciona, para qué sirve y qué son las ondas electromagnéticas. Espero que os sirva de ayuda y ¡gracias por visitar nuestra Wiki!

¿Qué es un horno de microondas?

Cuando se inventaron los hornos microondas en la década de 1970 rápidamente se extendió su uso en todos los hogares. Es que el horno microondas es una comodidad muy grande en la cocina; no hay que esperar a que se caliente, cocina casi seis veces más rápido y consume mucha menos energía.

El funcionamiento de los hornos microondas se basa en la radiación electromagnética, esta radiación hace que las moléculas de agua se muevan con mucha rapidez, lo cual provoca calor por fricción entre las moléculas de las comidas. Todos los alimentos contienen agua en mayor o menor medida por lo que es posible calentar o cocinar cualquier elemento o sustancia que contenga algo de agua.

Dentro del horno, hay un dispositivo eléctrico llamado magnetrón que produce microondas de alta intensidad y las transporta hacia un ventilador para que sean transmitidas hacia el compartimento donde ponemos la comida.

Si observamos el interior de un horno microondas veremos que esta recubierto de metal por todos lados. Esto es porque la radiación se refleja en el metal y de esta manera no se escapa ni un solo electrón. Esto lo hace muy eficiente y además es una medida de seguridad para los que estamos fuera del horno. Es por eso que no se deben poner objetos metálicos dentro del horno microondas. El metal refleja las microondas y esto puede llegar a afectar el mecanismo interno del horno, podemos romper el horno si introducimos una fuente, olla, cualquier recipiente de metal o un tenedor.

¿Cómo son las ondas de microondas? ¿Qué son?

Las ondas del microondas son ondas electromagnéticas, una de las aplicaciones más conocidas de estas ondas es en el microondas. Estas ondas son combinaciones de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, las cuales se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.

Sus frecuencias estan definidas en una rago determinado; generalmente enre 300 MHz(megahercios) y 300 GHz (gigahercio).El precesor del microondas es la Radiofrecuencia y su sucesor la Radiación infrarroja.

A continuación vamos a plantearnos una serie de preguntas relacionadas con las ondas del microondas:

1.-¿Por qué hay que evitar usar el microondas vacío? Las microondas generadas no encuentran ningún material que calentar crecen progresivamente en intensidad y terminan por rebotar hacia el elemento que las genera, que se llama magnetrón, produciendo así una seria avería. También se puede dar lugar a cierta fuga de microondas, éstas pueden salir por lugares que normalmente no saldrían como por las juntas de las puertas del microondas.

2.-¿Por qué hay que evitar el uso de los metales dentro del microondas? Encontramos en total dos razones por las cuales no es correcto el uso de metales dentro del microondas:

- Las corrientes eléctricas inducidas son los suficientemente fuertes como para calentarlas y hacer que se fundan o se evaporen en una pequeña explosión.

- Las superficies metálicas están provistas de aristas o puntas, se pueden producir chispas eléctricas que saltan por el aire y pueden llegar a producir pequeños incendios.

Todo esto sucede en el caso de que sean pequeños objetos metálicos y con bordes puntiagudos. No obstante, si los metales se presentan en forma de grandes piezas sólidas sin bordes puntiagudos, realmente no sucede nada. En este caso los metales se limitan a reflejar las microondas, calentándose parcialmente el alimento

¿Qué cuatro componentes fundamentales tiene un horno de microondas?

Magnetrón: genera las microondas necesarias para calentar el agua de los microondas

Transformador: transforma la tensión de la red de 230 voltios a los 4000 que necesita el Magnetrón

Condensador: Almacena temporalmente la energía que necesita el Magnetrón

Termisor: controla la temperatura del microondas y para el Magnetón para que no se sobrecaliente

¿Por qué se calienta la comida en el interior de un microondas?

La temperatura es la manifestación del movimiento de las partículas que construyen los objetos. Este movimiento es imperceptible a la vista, lo detectamos como cambios de temperatura. Cuanto más movimiento tengan las partículas que forman un objeto, más caliente lo obtenemos.

Los alimentos contienen normalmente una gran cantidad de agua. El agua está formada por muchas moléculas que son polares, es decir, que tienen un polo positivo y otro negativo, es decir, como un imán. Las microondas actúan creando un campo electromagnético en el cual se sitúan las moléculas de agua. Pero la orientación de este campo cambia 2.450.000.000 veces por segundo, y eso hace que las moléculas de agua giren el mismo número de veces sobre sí mismas para situarse correctamente. Este movimiento se traduce en un aumento de temperatura, que las moléculas de agua pueden transmitir a las moléculas vecinas no polares mediante choques, hasta que todo el alimento se calienta.

Las microondas no contienen ningún efecto sobre las moléculas sin polos (apolares), como por ejemplo los plásticos. Tampoco ejercen efecto sobre sustancias polares cuyas partículas no tienen movimiento. Es el caso del agua sólida, la sal común, la porcelana o el vidrio.

• Vídeo de Youtube para ver, ¿Cómo se calienta la comida en el interior de un microondas? :

¿El microondas calienta toda la comida por igual? ¿Por qué entonces es necesario a veces pararlo,abrir y remover un poco la comida?

Todos sabemos que la comida calentada en el microondas tiene partes ardiendo y partes heladas, esto se debe a lo siguiente: El microondas genera una onda estacionaria que va cambiando de polaridad y produciendo que los átomos de agua empiecen a girar de un lado a otro. Éste movimiento es el que produce el calor.

Pero como vemos en la imagen los puntos marcados en rojo permanecen inmóviles ya que sirven de pivote a la onda para cambiar de polaridad. En estos puntos los átomos no se moverán y por lo tanto no se producirá calor. La misión del plato giratorio es intentar que todas las partes de la comida pasen por la parte donde la onda tiene su mayor cambio de polaridad. Los hornos de microondas no cocinan la comida como otros electrodomésticos. En un horno regular, el aire caliente hace que se caliente la comida y su recipiente, mientras que en un microondas, el aire es fresco. Las microondas emitidas calientan las moléculas en la parte exterior de la comida, que a su vez pueden calentar aún más comida en su interior, pero generalmente se presentan puntos fríos. Estos puntos fríos son partes de la comida que no están cocidas o calentadas donde las bacterias pueden sobrevivir, por eso es necesario remover la comida.

¿Cuál es la frecuencia típica de un microondas? Es decir, ¿cuántas oscilaciones por segundo realizan estas ondas?

En un horno típico, la frecuencia de esta radiación es f = 2450 MHz, que corresponde a una longitud de onda l = 12.2 cm (l = c/f, donde c es la velocidad de la luz en el vacío). La frecuencia de un horno MW es cercana a la frecuencia de resonancia natural de las moléculas de agua que hay en sólidos y líquidos. Por lo tanto, si bien las MW no afectan a los recipientes sin agua, su energía es fácilemente absorbida por las moléculas H₂O que hay en los alimentos.

¿Cómo se puede medir la longitud de onda de las ondas de nuestro microondas? Con el valor obtenido de la longitud de onda, calcula la frecuencia a la que funciona tu microondas. ¿Concuerda con la real de la anterior pregunta?

Para calcular la velocidad de la luz ( V ) tan solo utilizamos la siguiente fórmula: v = l x f donde l (lambda) es la longitud de onda en metros y f (nu) es la frecuencia de oscilación de la onda electromagnética, es decir, el número de ondas que se generan cada segundo.

Elaboración del Experimento

Para calcular la velocidad de la luz empleamos la longitud de onda que genera nuestro electrodoméstico de casa: el microondas.

Las ondas se caracterizan por contener crestas y valles a lo largo de su longitud de onda (l). A su vez, cuanto más aumenta el número de estas oscilaciones, mayor es la frecuencia, medida en Herzios (Hz), y con ello la energía de dicha onda.

Los puntos con más energía son las cimas de las crestas, por lo tanto, si podemos detectarlos podríamos medir la distancia entre éstos y con lo obtenido, hallar la longitud de onda.

Pasos :

1. Quitar la base giratoria del interior del microondas y poner de nuevo el plato de vidrio. Con ello conseguimos que el plato no gire y así la acción del microondas se produzca siempre en el mismo punto.

2. Situar dos lonchas de queso de fundir sobre el plato de cristal y conectar el microondas eligiendo la menor potencia posible.

3. Parar el microondas cuando observemos que algunas zonas del queso empiezan a fundirse. Los microondas están fabricados en un material capaz de reflejar las ondas microondas, generalmente de aluminio. Además las dimensiones del interior del microondas están diseñadas para que las ondas reflejadas no se anulen entre sí, sino que se acoplen (resonancia) y con ello se obtienen nuevas ondas (estacionarias) que poseen la misma longitud de onda pero con amplitudes mayores. Las zonas fundidas del queso corresponden a las cimas de las crestas de estas ondas estacionarias, es decir, los puntos más energéticos.

4. Medir la distancia entre dos puntos del queso que estén fundidos con una regla.

5. Tomar papel y lápiz. Ahora calculamos la velocidad de la luz. Para ello multiplicamos por dos la distancia entre los puntos ya que la longitud de onda equivale al doble de la distancia entre dos crestas. Utilizando la fórmula anteriormente descrita sólo necesitamos conocer la frecuencia de nuestro microondas que encontraremos en su parte posterior.

Calcular la velocidad de la luz con un microondas

La frecuencia estándar de los microondas es de 2450 MHz, es decir 2.450 millones de oscilaciones por segundo. Si la distancia entre los dos puntos del queso que se han fundido es de 6 cm exactamente:

= 0’12 (m)·2.450.000.000 (1/s) = 300.000.000 m/s = 300.000 km/s

Como podemos comprobar el resultados de estos datos concuerdan exactamente con los de la pregunta anterior, eso quiere decir que todo es exacto.

Fuentes de información

Horno de microondas.(2014, Febrero 18). Wikipedia: La enciclopedia libre. Consultado el 18 de Febrero de 2014. En:http://es.wikipedia.org/wiki/Horno_de_microondas#Historia

Las claves de un gran invento: El microondas. (2010, Junio 19). Ballesterismo: La curiosidad no mato al gato. Consultado el 18 de Febrero de 2014 En: http://www.ballesterismo.com/2010/06/las-claves-de-un-gran-invento-el.html

I.E.S Fernando de los Rios (2008). El microondas. Taller Tecnológico y profesional ESO. Consultado el 18 de Febrero de 2014. En: http://www.iesfernandorios.es/files/tecnologia/Documentacion%20microondas.pdf

Giordano, Jose Luis. (2003). Cómo funciona: El horno microondas. Profisica. Apoyando la divulgación y la enseñanza de la Física. Consultado el 18 de Febrero de 2014. En :http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=5