מכשיר המיקרוגל הוא ללא ספק אחת ההמצאות שמשפיעות באופן המשמעותי ביותר על חיי היומיום שלנו. מדי יום ביומו אנחנו משתמשים בו כדי לחמם לעצמנו אוכל. אבל איך הוא עובד?
הקרניים של המיקרוגל מחממות למעשה רק מים. מאחר שכמעט בכל מאכל יש מים, אנחנו יכולים לחמם באמצעותו אוכל ביעילות רבה. המיקרוגל מתבסס על תנודה בסיסית של מולקולת המים – הסיבוב שלה סביב צירה. גלי המיקרוגל נקלטים במולקולות המים שבחומר שאנחנו מחממים. מאחר שכל פוטון (אחד החלקיקים הבסיסיים) שמקרין המכשיר נושא אנרגיה המתאימה לאנרגיה העצמית של התנודה הבסיסית של מולקולת המים, האנרגיה של הגל עוברת אל המים שבחומר והחומר מתחמם.
היישומון שלפנינו מדגים איך קליטת אנרגיה על ידי מולקולות המים מתורגמת לעלייה בטמפרטורה. מומלץ לבחון לפני כן קודם כל את היישומון "מולקולות ואור" שמדגים ספיגה של אור בתדרים שונים על ידי מולקולות שונות, ביניהן מולקולת מים. להפעלת היישומון הנוכחי לחצו על התמונה.
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
היישומון שלפנינו מאפשר לבדוק את השפעת המיקרוגל על מולקולת המים בכמה שלבים. תחילה נעבוד עם מולקולת מים יחידה. מצד ימין נוכל לשלוט בתדירות ובמשרעת של גל המיקרוגל, וכן בתצוגה. נוכל לראות את הגל כקו בודד העולה ויורד, לראות את השדה החשמלי לאורך הקו הזה, או לראות אותו בכל חלל המכשיר.
עבור מולקולת מים בודדת אנו יכולים לראות תופעה זהה לזו שראינו ביישומון "מולקולות ואור". המולקולה תתחיל להסתובב סביב צירה עם הפעלת המיקרוגל וקצב הסיבוב ייקבע על ידי עוצמת הגל ותדירותו. שימו לב שזו אינה תנועה אחידה, אלא המולקולה משנה מדי פעם את כיוונה. אם תחזרו אחורה ליישומון הקודם תוכלו לראות מדוע זה קורה. מדי פעם המולקולה פולטת פוטונים, ולכן התנועה אינה רציפה אלא נקטעת ומתחילה מדי פעם במקום אקראי. משמאל תוכלו לראות את מד הטמפרטורה. שימו לב שבמצב הזה אין חימום רב.
כעת נעבור ל"קו של מולקולות". כאן כבר קורה דבר מעניין. כאשר הגל מתחיל לפעול, המולקולות מתחילות להסתובב באופן אקראי. פרט לסיבוב, קליטת הפוטון מעבירה תנע למולקולות, שמתחילות לנוע קצת. כאשר יש מולקולות רבות, התנועה הזאת ביחד עם הסיבוב שלהם סביב צירן והאינטרקציה ביניהן גורמת להן להתחיל לנוע באקראי ולהתנגש זו בזו. גם הטמפרטורה עולה במצב הזה.
בלשונית הבאה כבר יהיו לנו מולקולות רבות שינועו וייתקלו זו בזו בקצב הולך וגובר. אם תסתכלו על מד הטמפרטורה תראו שהטמפרטורה במצב הזה גבוהה מאוד. זו הסיבה שבגללה במיקרוגל יש לחמם עצמים שיש בהם מים. גופים יבשים, שמכילים מעט מאוד מים, לא יתחממו כלל, משום שגלי המיקרוגל פועלים על המים. זו גם הסיבה שבגללה כאשר אנו מכניסים מאכל המורכב מחלק נוזלי וחלק מוצק (שגם בו יש מים אבל בריכוז נמוך יותר) החלק הנוזלי יתחמם יותר. לדוגמה, בקרואסון שוקולד הבצק מתחמם במיקרוגל רק מעט בזמן שהשוקולד מגיע לטמפרטורה לוהטת בתוך זמן קצר מרגע הפעלת המכשיר.
הלשונית האחרונה מאפשרת לנו לעבוד במצב שמזכיר את תנור המיקרוגל שאנו מכירים. כעת נוכל לשלוט בעוצמת החימום באחוזים מתוך עוצמה מקסימלית ולראות איך זה ישפיע על מולקולות המים בכוס הקפה שאנו מנסים לחמם.
למידע נוסף אתם מוזמנים לצפות בסרטונים איך פועל המיקרוגל? והספקטרום האלקטרומגנטי – גלי מיקרוגל.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
