¿Por qué usamos microondas en el horno de microondas?

Question

Sabemos que cualquier objeto por encima del cero absoluto emite radiación electromagnética. Cuanto más caliente es el objeto, más cortas son las longitudes de onda. En el espectro de la radiación electromagnética, las ondas de radio tienen la mayor longitud de onda, luego las microondas, luego los infrarrojos, luego la luz visible, luego el ultravioleta, luego los rayos X y los rayos gamma. ¿Por qué utilizamos microondas en el horno de microondas cuando los infrarrojos y la luz visible son mucho más energéticos, y cómo cocinan los alimentos las microondas cuando son menos energéticas que la luz visible y las demás?

Answer 1

En los hornos de microondas lo que importa es la cantidad de energía que transporta la radiación y cómo la absorbe el alimento. La luz visible y los rayos infrarrojos son absorbidos rápidamente por la mayoría de los alimentos, por lo que sólo calentarían la capa exterior de los mismos. Se obtendrían alimentos con el exterior carbonizado y el interior crudo.

Las microondas son mucho menos absorbidas por los alimentos, por lo que penetran profundamente en ellos y pueden calentar su interior. Aun así, los objetos grandes no se calientan en su totalidad, por lo que las instrucciones de cocción en microondas suelen aconsejar un proceso de calentamiento en varias fases, dejando reposar los alimentos y calentándolos una última vez.

Los hornos de microondas suelen incluir el calentamiento por infrarrojos además del calentamiento por microondas. Esto se hace para que los alimentos se doren por fuera y se calienten por dentro.

Las respuestas a ¿Por qué los hornos de microondas utilizan una radiación con una longitud de onda tan larga? dan una buena explicación de por qué se ha elegido la longitud de onda exacta. Las frecuencias utilizadas habitualmente en los hornos de microondas son 2,45 GHz (12 cm) para los hornos domésticos y 915 MHz (38 cm) para los industriales. No se utilizan frecuencias mucho más altas debido al coste del magnetrón, mientras que las frecuencias mucho más bajas no funcionarían porque las longitudes de onda serían demasiado grandes para que cupiera media longitud de onda en el horno.

Por último, dices:

Por qué utilizamos microondas en el horno de microondas cuando los infrarrojos y la luz visible son mucho más calientes y cómo las microondas cocinan los alimentos cuando son más frías que la luz visible y otras.

Pero esto es un pequeño malentendido. La longitud de onda de la luz emitida está efectivamente relacionada con la temperatura de la fuente, pero la luz en sí no tiene realmente una temperatura en el sentido en que la tiene la materia. La luz transfiere energía, y si esta energía es absorbida, calentará el alimento. Sin embargo, la cantidad de calentamiento sólo está relacionada con la intensidad de la radiación EM y la sección transversal de abosrción. La longitud de onda sólo influye en la sección transversal de absorción.

Answer 2

Las longitudes de onda más cortas tienden a absorber y calentar la capa exterior del objeto. Las microondas utilizan longitudes de onda largas para penetrar en el interior y también utilizan la propiedad del momento dipolar de la molécula de agua para calentar cosas, no calientan directamente dejando que el objeto absorba energía.

Si sólo utilizáramos la longitud de onda corta, los alimentos sólo podrían quemarse por fuera y quedar crudos por dentro.

Answer 3

Tanto la luz visible como los infrarrojos se utilizan para cocinar. La luz visible se utiliza en los hornos solares (básicamente espejos que concentran la luz solar en un alimento). La luz IR se utiliza en un horno normal (las paredes del horno se calientan, lo que hace que irradien una cantidad significativa de calor en forma de IR); las parrillas utilizan el mismo enfoque, sólo que con temperaturas más altas. Si alguna vez has horneado o asado algo envuelto en papel de aluminio, el objetivo es excluir la radiación infrarroja (y se basan en el calentamiento del aire en su lugar).

Así que la primera parte de la respuesta a su pregunta es bastante sencilla: si los hornos de microondas utilizaran luz visible o infrarroja, no los llamaríamos hornos de microondas, sólo hornos.

Pero los hornos microondas no se vendían como "esto es mucho más impresionante, porque utiliza microondas !". El argumento de venta de los hornos microondas es que calientan los alimentos con una potencia menor. Esto requiere dos cosas; la primera es la eficiencia de la conversión: cuánta electricidad se necesita para producir la radiación. Sin embargo, un horno sencillo (de gas o eléctrico) es difícilmente superable en ese aspecto: es muy cercano al 100% de eficiencia, ya que el calor residual es en realidad lo que provoca el calentamiento. Los hornos de microondas se construyen para utilizar fuentes de radiación lo más eficientes posible (sin interferir con otros aparatos eléctricos), pero siguen siendo menos eficientes que un trozo de cable resistivo o una bombilla normal.

Entonces, si los hornos microondas no son más eficientes en la conversión de energía, ¿cómo es que son mucho más rápidos para calentar la comida? Su argumento de venta (además de cosas como el tamaño y el peso reducidos) es que calientan la comida, no el recipiente, y el horno, y el aire, y.... Esto no parece tan importante, pero en realidad es muy importante. Los hornos necesitan mucha energía para calentarse; no es un gran problema si vas a cocinar algo durante ocho horas, o si haces muchas comidas (por ejemplo, los hornos de pizza en un restaurante), pero si sólo quieres calentar una comida rápida, la mayor parte de la energía se desperdicia. Los hornos tienen que calentar la sartén y, por supuesto, incluso cuando sólo se recalienta una comida, a menudo hay que calentar bastante agua adicional (y vaporizar la mayor parte, para que la comida no quede empapada).

¿Son los microondas los más adecuados para esta tarea? Más o menos. Los utensilios de cocina no las absorben fácilmente, y ni siquiera se dispersan tanto (en comparación con, por ejemplo, la luz visible que se refleja en un plato blanco). Al mismo tiempo, son muy bien absorbidos por el agua y las grasas, y la mayoría de nuestros alimentos están llenos de agua. Por lo tanto, lo que se busca es una radiación de onda muy larga. ¿Cómo de larga? Eso depende de otros condicionantes. Las ondas demasiado largas hacen que el horno sea demasiado grande, y una de las grandes ventajas de los hornos microondas es que son aparatos muy pequeños. Muchas bandas de frecuencias de ondas largas ya se utilizan para la comunicación: radios, Wi-fi, teléfonos móviles... por lo que no se quiere interferir en ellas. También hay que evitar inducir corriente en los cables fuera del microondas. Las ondas cortas son mucho más difíciles de producir con el equipo - una radio es más eficiente en cuanto a potencia que una microonda, y la luz visible es aún peor. Un ingeniero que se ocupe de los hornos de microondas probablemente podría decirte un centenar de limitaciones de la parte superior de su cabeza :)

Answer 4

Las microondas son absorbidas muy eficazmente por las moléculas de agua de los alimentos. Las moléculas de agua son pequeños dipolos eléctricos que se mueven a frecuencias de microondas (GHz) cuando están en estado líquido. Las microondas resuenan con este movimiento ondulante. Las moléculas de agua están por todas partes en nuestros alimentos y bebidas, por lo que a través de ellas se calientan por conducción el resto de los componentes de los alimentos. En el hielo, las moléculas se mueven a frecuencias de kHz, por lo que la descongelación en un horno de microondas no funciona.