Jak działa kuchenka mikrofalowa?

Powszechnie stosowana kuchenka mikrofalowa składa się z: magnetronu o częstotliwości 2.45 GHz, mieszadła, komory gotującej i systemu kontrolnego. Mikrofale są produkowane ze źródła magnetronowego, natomiast później rozprzestrzeniają się wzdłuż falowodu wewnątrz komory gotującej. Częstotliwość drgań mikrofal jest tak dobrana, aby dzięki rezonansowi pochłaniały ją cząsteczki wody, które jako cząsteczki polarne oddziałują z falami elektromagnetycznymi. Pochłanianie energii przez cząsteczki wody powoduje, że one drgają i obracają się. Poprzez kolizje, przekazują energię innym cząsteczkom powodując podgrzewanie umieszczonego w kuchence produktu. Metalowe części wnęki działają jak reflektor odbijający mikrofale. Mieszadło jest używane do przestrzennego ujednolicenia dystrybucji mikrofal wewnątrz pieca. przestrzennego siły rozprowadzanej z fal mikrofali wewnątrz pieca. Na następnym obrazku została przedstawiona struktura pieca.

1

Okno kuchenki jest używane do odbijania mikrofal, izolacji ciepła a także do bezpośredniej obserwacji jedzenia. Zazwyczaj jest podwójnie oszklone, z metalową siatką wewnątrz. Metalowa siatka ma specjalną powłokę chroniącą przed utlenianiem i odpowiednią geometrię, aby utworzyć pasmo wzbronione w różnych kątach i zwiększyć liczbę odbić. Geometrię takiej siatki przedstawia poniższy obrazek.

2

Poprzez wykorzystanie symulacji elektromagnetycznej FDTD (metody różnic skończonych w dziedzinie czasu) i typowych wartości stałych fizycznych materiałów używanych w obudowie siatek, można obliczyć odbicie i współczynniki transmisji (znane jako parametr S) dla pionowych kątów padania mikrofal na okno kuchenki. Nasze wyniki przedstawia następny obrazek w formie dwóch krzywych - czerwonej (transmisja) i niebieskiej (odbicie).  Na tym samym obrazku, zaprojektowane ręcznie, dodatkowe czerwone i niebieskie linie  odpowiadają parametrowi S dobrze zaprojektowanego okna.

3

Podsumowując, powłoka, którą używa się do ochrony siatki przed utlenieniem, właściwie jest stosowana aby zapobiec jej zdolności do odbijania promieni. Dobre zaprojektowanie i konstrukcja domowych kuchenek mikrofalowych jest więc powszechnym problemem.