התרחיש הבא מוכר לכולנו: אחרי יום ארוך אנו חוזרים הביתה, גוועים ברעב, חסרי סבלנות וממהרים למלא את בטננו המקרקרת. מזל שיש לנו אוכל טעים שמחכה לנו במקרר! אך איך נחמם אותו הכי מהר? הדרכים רבות: אפשר לשים את האוכל בתנור או לחמם אותו בסיר או במחבת על הכיריים, אך הדרך המהירה ביותר היא ללא ספק המיקרוגל.

איך המיקרוגל מצליח לחמם את האוכל שלנו כל מהר? איך הוא פועל? הסרטון הבא מסביר ממה מורכב המיקרוגל וממחיש את אופן פעולתו. צפייה מהנה!
 

הסרטון הופק בידי EngineerGuy Series; תורגם בידי צוות דוידסון אונליין

 

חימום של אוכל במיקרוגל פועל על עיקרון שונה מאשר חימום בתנור או בגז. בתנור בישול, הדפנות מתחממות, מעבירות את החום לאוויר שבתא והאוויר הזה מחמם את המעטפת החיצונית של האוכל. חלק מהחום חודר בהדרגה פנימה וכך גם החלק הפנימי מתבשל עם הזמן.

תנור המיקרוגל פועל בצורה שונה לחלוטין, שמבוססת על כך שבמזון שאנו אוכלים יש המון מולקולות של מים. מולקולת המים היא ניטרלית (סך המטען שלה הוא אפס) אך חלוקת המטענים בה אינה אחידה, צד אחד של המולקולה טעון חיובית ולשני יש מטען שלילי, כלומר יש בה דיפול.

כשמפעילים את המיקרוגל נוצר בו גל עומד (גל מתנדנד שנשאר באותו מקום) בתדירות של כ-2.45 ג'יגה-הרץ. הגל האלקטרומגנטי הזה מפעיל כוח חשמלי על האזורים במולקולות שטעונים במטען חיובי או שלילי. כיוון שכיוון הכוח החשמלי תלוי במטען החשמלי שעליו הוא פועל, יוצא שעל אזורים שהמטען שלהם הפוך פועלים כוחות מנוגדים ולכן הם נעים בכיוונים מנוגדים. לכן, כשהגל האלקטרומגנטי מתנדנד, המטענים ההפוכים מתקרבים ומתרחקים, מולקולת המים מתנודדת ונוצר רטט.

הרטט – תנועה המוגברת של מולקולות המים – יוצר חיכוך בין מולקולות שכנות, שמתבטא בחימום וכתוצאה מכך בעליית הטמפרטורה של המזון שבו הן נמצאות. כיוון שהגלים האלקטרומגנטיים הללו חודרים בקלות את רוב סוגי המזון, האוכל כולו מתחמם בו-זמנית: כל מולקולות המים רוטטות ביחד, גם בעומק האוכל, והארוחה מתחממת באופן אחיד.

בסרטון מדגים לנו ביל המהנדס איך אפשר לראות את תופעת הגל העומד במיקרוגל ואפילו להעריך בצורה די מדויקת את אורך הגל שלו. לשם כך הוא מניח במיקרוגל מגש גדול של גבינה מגורדת. אחרי החימום אפשר לראות באופן ברור אזורים על המגש שבהם הגבינה נמסה ואזורים אחרים שבהם היא לא מושפעת כלל. במקומות שבהם אנרגיית הגל מקסימלית (השיאים והעמקים של הגל) הגבינה מתחממת מאוד. בנקודות הצומת של הגל העומד אין אנרגיה שתעבור למולקולות המים ותגרום להם לרטוט וכתוצאה מכך להתחמם, ולכן הגבינה לא נמסה כלל.

בגלל תופעת הגל העומד, בתנורי המיקרוגל המודרניים יש צלחת מסתובבת, שמאפשרת לכל האוכל מתחמם באופן אחיד.

כעת נותרת השאלה איך יוצרים גל אלקטרומגנטי בתדירות כל כך גבוהה? על כך אחראי המגנטרון – שפופרת רִיק שהיא לב לבו של תנור המיקרוגל.

המגנטרון הומצא כבר במהלך מלחמת העולם השנייה ושימש רכיב מרכזי במכ"מים. הוא מורכב מחוט להט, שנמצא במרכז גליל נחושת ומתחמם בהשפעת זרם חשמלי גבוה שעובר בו. כשהחוט מתחמם הוא פולט אלקטרונים לכל הכיוונים. יש הפרש מתחים גבוה בין חוט הלהט לבין גליל הנחושת החיצוני, שיוצר שדה חשמלי שמניע את האלקטרונים מהמרכז החוצה.

               
מגנטרון של מכשיר מיקרוגל | צילום: Pingu is Sumerian, ויקיפדיה

מסביב לחוט הלהט יש שדה מגנטי שגורם לכך שהאלקטרונים לא ינועו ישר אלא בתנועה מעגלית (מכיוון שלאלקטרונים ישנו מטען חשמלי, השדה המגנטי מפעיל עליהם כוח). האלקטרונים נעים בתנועה מעגלית וחולפים בתדירות מסוימת על פני פתחים (מעין חריצים שנעשו בנחושת). התנועה המעגלית הזו שלהם יוצרת קרינה אלקטרומגנטית שנפלטת מהחריצים בתדר קבוע. הקרינה הזאת היא הגל האלקטרומגנטי העומד שנוצר בתא של תנור המיקרוגל. החריצים במגנטרון חייבים להיות זהים לחלוטין כדי ליצור קרינה אחידה בהספק גבוה.

לסיום, נוסיף עוד כמה מילים לגבי בטיחות: בעבר חששו מהמיקרוגל וטענו שהוא פולט קרינה (אלקטרומגנטית) מזיקה לבני אדם. למעשה זה לא נכון, גם לא לגבי תנורי מיקרוגל ישנים, כיוון שבכולם יש רשת מתכת שממסכת את הקרינה לחלוטין.

לא רבים יודעים שבטלוויזיות הישנות הייתה קרן קתודית דומה מאוד לזו של המיקרוגל. אם נתחשב בכמות הזמן שילדים מבלים מול הטלוויזיה, אם עדיין יש ברשותכם טלוויזיה כזאת כדאי שתבדקו היטב שיש לה הגנת קרינה מחמירה, או שתחליפו אותה בטלוויזיה שטוחה ובטיחותית.

אנה גריבנין
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 בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.