Step #4 - Il principio fisico del forno a microonde

Un forno a microonde è formato principalmente dai seguenti elementi, che sono alla base del suo funzionamento: un magnetron, un circuito elettronico di controllo e alimentazione del magnetron, una guida d'onda, una cavità di cottura.
Vi sono inoltre una rete metallica sullo sportello e una ventola di raffreddamento.

Il magnetron, alimentato in corrente continua ad alta tensione (2000 V), genera onde elettromagnetiche nell'intervallo delle microonde, guidate all’interno della cavità di cottura dalla guida d’onda. Le microonde vengono riflesse dalle pareti del forno e dalla piastra di base, muovendosi all’interno della cavità e raggiungendo gli alimenti.

L'acqua, i grassi e i carboidrati, che costituiscono il cibo, assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico: le molecole sono dipoli elettrici, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa; sono per questo sensibili al campo elettrico alternato, che, cambiando continuamente il suo verso, induce le molecole a modificare ripetutamente il loro orientamento in base alla frequenza del campo.
Le molecole eccitate trasferiscono il moto al resto della sostanza attraverso urti, ottenendone così il riscaldamento.

U.S. Patent 2,495,429, “Method of Treating Foodstuffs,” filed Oct. 8, 1945, by Percy Spencer

U.S. Patent 2,593,067, “High frequency apparatus,” filed Feb. 13, 1947, by Percy Spencer

La camera di cottura è sostanzialmente una gabbia di Faraday che impedisce la fuoriuscita di microonde. L’unico punto oltrepassabile dalle onde potrebbe essere il vetro, ma questo è provvisto di uno strato di rete metallica fine come schermo elettromagnetico, che impedisce il passaggio delle microonde ed allo stesso tempo permette il passaggio della luce, la cui lunghezza d'onda è molto più piccola delle maglie.
Ciò consente la visione dell’interno della cavità, dove vi è solitamente un piatto girevole che permette di riscaldare uniformemente gli alimenti, nonostante le radiazioni non siano distribuite in modo perfettamente omogeneo.

Il meccanismo di chiusura del portello prevede appositi interruttori che spengono istantaneamente il magnetron in caso di apertura a forno acceso: nel giro di 10 milionesimi di secondo, il forno non emette più radiazioni.

Il magnetron deve essere alimentato con un tensione in corrente continua di diverse migliaia di volt. Questa tensione viene prodotta a partire dalla tensione della rete elettrica per mezzo di un trasformatore seguito da un raddrizzatore e da un condensatore.

Un relè o un triac accendono e spengono il sistema su comando del microprocessore che gestisce i tempi di funzionamento in base ai parametri impostati con i comandi presenti sul pannello anteriore.

Sebbene i forni prevedano la regolazione della potenza di cottura, il magnetron viene fatto funzionare sempre a pieno regime per mantenere al massimo l'efficienza. La modulazione della potenza viene ottenuta in modo diverso, regolando il rapporto tra il periodo di accensione e il periodo di spegnimento, secondo una tecnica chiamata modulazione di larghezza di impulso.

l principale vantaggio del forno a microonde rispetto ai sistemi di cottura tradizionali risiede nella grande rapidità, dovuta all'efficiente trasferimento di energia.

Tuttavia, bisogna evitare di fare funzionare il forno a vuoto, poiché se le microonde non vengono assorbite dagli alimenti, ritornano indietro al magnetron, il quale si surriscalda fino anche ad incendiarsi.

Fonti:

https://www.lindahall.org/percy-spencer/

Guida forno a microonde, da cosa è composto e come funziona. (elettro-domestici.com)

Il forno a microonde: come funziona, i rischi, come sceglierlo (cibo360.it)

Forno a microonde - Wikipedia

microonde componenti - Bing