Lauka Põhikool
MIKROLAINEAHJUDLõputöö
Markus M
Juhendaja Riina Leet
Pärnu 2008
SISUKORDSISSEJUHATUS 3
1.
ELEKTROMAGNETLAINED . 4
1.1.Mõiste 4
1.2.Jaotus 5
2.AJALUGU 7
3.
MIKROLAINEAHJU EHITUS JA TÖÖPÕHIMÕTE. 8
3.1.Ehitus. 8
3.2.Tööpõhimõte 9
4.KATSED 11
4.1.Mikrolaineahju omadused 12
4.2.Mikrolaineahjudes keelatud olevate ainete käitumine. 16
4.3.Muud katsed. 17
KOKKUVÕTE 21
KASUTATUD KIRJANDUS 23
MICROWAVE OVENS. SUMMARY. 24
SISSEJUHATUS
Oma lõputöö teemaks valisin mikrolaineahjud, kuna viimastel
aegadel on seda teemat palju hakatud kajastama meedias. Kuigi meedia
keskendub pigem tervislikele aspektidele, tekkis minul huvi tehnilise
poole vastu: kuidas
mikrolaineahi töötab ning mis juhtub erinevate
ainetega mikrolainete mõjul. Tekkis küsimus, et miks soojeneb ahjus
ainult sinna asetatud toit, mitte aga ahju seinad. Samuti pakkus huvi
mis juhtub metalli või munaga
mikrolaineahjus , kuna need on
kasutusjuhendites vastunäidustatud, ning väidetavalt lasi mu onu
mikrolaineahjus muna
keetes sellelt ukse eest.
Töö annab ülevaate mikrolaineahju ajaloost ning kirjeldab
mikrolaineahju ehitust ning tööpõhimõtet. Töö eesmärk on
uurida läbi katsete mikrolaineahjude omadusi ning teha kindlaks
mikrolaineahjude kasutusjuhendites olevate keeldude olemusi. Samuti
vaatlen töös erinevate ainete käitumist ning omaduste muutumist
mikrolainete mõjul.
Oma töös tuginen erinevatele artiklitele ning füüsika õpikutele.
Katsed viisin läbi Tartu Ülikooli Füüsikahoones.
ELEKTROMAGNETLAINED.
Mõiste
Elektromagnetlained on ruumis vabalt levivad
lained, mis koosnevad võnkuvatest magnet- ja elektriväljadest. Neil
on suur sageduste vahemik ning võime levida kõikides keskkondades ,
ka vaakumis (sõltuvalt elektromagnetlainete sagedusest võivad
lained keskkonnas neelduda ning põhjustada sellega temperatuuritõusu
antud keskkonnas). Kui vabad elektronid aeglustuvad või kiirenevad,
nt põrgete tagajärjel, kiirgub raadiolaineid ja vähesel määral
röntgenkiiri. Kõik kiirgused peale raadiolainete sähvatavad pigem
juhuslike impulssidena, nn. footonitena, kui püsiva voona. (Oxlade
et al 1997: 44)
Elektromagnetlaine omadusi, tekkimist ja
levimist kirjeldavad Maxwelli võrrandid. Vaakumis on
elektromagnetlainete kiirus c=2.99792458 x 108 m/s.
Monokromaatset elektromagnetlainet iseloomustavad sagedus ning lainepikkus . (ENE 1987: 524)
- Maxwelli esimene võrrand kirjeldab seda, et elektrivälja tekitavad laengud ja et selle välja jõujooned algavad ja lõpevad laengutel.
- Teine võrrand postuleerib magnetvälja jõujoonte kinnisust ehk magnetlaengute puudumist. Magnetvälja jõujooned ei alga ega lõpe kusagil (nad on kinnised). Seepärast nimetataksegi magnetvälja pöörisväljaks.
- Kolmas võrrand väidab, et magnetvälja tekitab elektrivool , kusjuures voolu all mõledakse mitte ainult tavalist laengute voogu, vaid ka Maxwelli avastatud nihkevoolu. See võrrand üldistab koge Ampére’i elektrodünaamika.
- Neljas võrrand kajastab Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadust- elektrivälja tekkimist magnetvälja mõjul. Vastavalt sellele võrrandile tekitab muutuv magnetväli muutuva elektrivälja ja vastupidi. Tekib pööriselektriväli. (Ugaste 1998: 18)
Jaotus
Elektromagnetlained jaotatakse nende sageduse
ja lainepikkuse järgi gammakiirteks, röntgen kiirteks (x- rays),
ultraviolettkiirguseks (UV), nähtavaks valguseks(visible spectrum),
infrapunakiirguseks(IR) ja raadiolaineteks ( Clark 1997: 44). (Joonis
1)
Joonis 1. Elektromagnetlainete skaala.
(Ronan 2007)
Raadiolainete allikaks on võnkeringid, muutuv elektrivool, liikuvad
elektriliselt laetud osakesed, jms. Infravalguse allikaks on soojad kehad, ultravalguse allikaks kuumad kehad. Röntgenkiirguse allikaks
on kiired elektronid, aatomid ning γ – kiirte allikaks on
aatomituumade sisesed protsessid nagu näiteks radioaktiivne lagunemine . ( Voolaid 2005: lk 2-3)
Röntgenkiired - Röntgenkiired
on elektromagnetlained, mis läbistavad gaase , põhjustavad
fosforestsentsi ja tekitavad fotoplaatidel keemilisi muutusi. Neid kiiri tekitatakse röntgenkiirtetorudes ning neil on palju rakendusi,
näiteks meditsiini asutustes kasutatakse röntgenkiirte omadusi
luumurdude, vms tuvastamiseks. (Oxlade et al 1997: 44)
Ultraviolettkiirgus - UV-kiirguse
moodustavad elektromagnetlained, mis tekivad näiteks siis, kui
elektrivool läbib ioniseeritud gaasi kahe elektroodi vahel. Neid
kiirgab ka Päike, kuid maapinnale jõuab neist vaid väike osa,
enamus nimelt kulutab oma energia õhuaatomite ioniseerimisele või
neelatakse osoonikihi poolt. Väikesed UV-kiirguse hulgad on elu
seisukohalt olulise tähtsusega, kuid suuremad kogused on pigem
ohtlikud. ( Ibid : 44)
Raadiolained - Elektromagnetlained,
mis tekivad, kui elektriväli paneb vabad elektronid antennis võnkuma. Võnkumiste sageduse määrab väli, mis tähendab, et
lained tekivad korrapärase voona, mitte juhuslikult. Neid laineid kasutatakse muuseas sidepidamiseks suurte vahemaade taha. (Ibid: 44)
Mikrolained - Mikrolainete all
mõistetakse raadiolaineid sagedusvahemikus 1–300 GHz ehk siis
lainepikkusega 30cm-st 1mm-ni, harilikus mikrolaineahjus kasutatakse
kiirgust sagedusega 2,45 GHz ( Sepp , T 2007).
Mikrolained
ei ole piisavalt suure energiaga ehk nende sagedus on liiga väike,
et omada ioniseerivat mõju, mis muudab aine keemiliselt
aktiivsemaks, ning ei ole seetõttu kantserogeensed (Sepp, S 2007).
AJALUGU
Mikrolaineahju leiutamine sai võimalikuks tänu
raadiolainete avastamisele ning mikrolaineahju komponentide eelnevale
olemasolule. Tähtsamad komponendid on transformaator ehk trafo ning magnetron .
Tee mikrolaineahjuni sai alguse juba 1885.
aastal, kui William Stanley leiutas trafo, mida sai kasutada
erinevates elektrivarustussüsteemides(Clark 1999: 129).
Raadiolainete olemasolu näitas katseliselt
esimest korda Heinrich Hertz 1888(Ibid: 131).
Raadiolainete avastamine andis tõuke edasistele uuringutele ning
1921. aastal leiutas USA füüsik Albert Hull magnetroni- raadiolambi
mikrolainete genereerimiseks(Ibid: 172).
Teadaolevalt avastas mikrolainete toitusoojendava mõju juhuslikult
Percy Spencer 1940. aastatel, kui ta ühe mikrolaineradari kõrvale
oma pähklikommi unustas ning radar selle ära sulatas. (Sepp, T
2007)
Percy Spencer kujundas ka
avausega metallist kasti, millesse suunas mikrolained-
mikrolaineahju. Esimene ahi paigutati katsetuseks ühte Bostoni restorani 1946. Algsed ahjud olid ~1, 68m kõrged ning kaalusid üle
300kg. Üks ahi maksis ligikaudu 5000
USD ehk 61 550 EEK.(Gallawa 1989-2008)
Esimene äriline ahi ehitati 1954. aastal ja laiatarbekaubaks sai ta
möödunud sajandi seitsmekümnendatel (Sepp, T 2007).
Mikrolaineahjude ümber on olnud poleemikat alates nende turule
jõudmisest. Nendega on tehtud erinevaid katseid, mille tagajärjel
keelustas NSVL 1976. aastal mikrolaineahjude kasutamise. Muu hulgas
väideti nende kantserogeensust. (Relfe 1998)
MIKROLAINEAHJU EHITUS JA TÖÖPÕHIMÕTE.
Ehitus.
Mikrolaineahju tähtsamateks komponentideks on
transformaator, magnetron, küpsetuskamber ning pöörlev alus.
Magnetron - Magnetron
on seade, milles elektronid koondatakse negatiivselt laetud plaadile ,
kust nad hakkavad liikuma positiivselt laetud plaadi poole. Seadmesse
asetatud magneti abil muudetakse elektronide liikumistee spiraalseks
ning vahepeale asetatud antenni abil suunatakse osa kiirgusest
küpsetuskambrisse. Elektronide trajektooride spiraalsus on vajalik,
et luua resonantssagedus, mille abil muutub kiirgus praktiliselt
kasutatavaks. Magnetroni kasutegur on ligi 65–70 protsenti. (Sepp,
T 2007) (vt Joonis 2)
Joonis 2. Magnetroni
skeem. (Vollmer et al 2004: 75)
Transformaator -
Mikrolaineahju üheks oluliseks komponendiks on transformaator ehk
trafo, mis muudab tavalise 220- voldise pinge kõrgepingeks(Sepp, S
2007).
Küpsetuskamber - Küpsetuskamber on
uksega metallist kast. Ahju uks on harilikult klaasist või plastist ,
ning varustatud augustatud metallplaadiga, milles olevad augud on mikrolaine lainepikkusest ( 12cm ) oluliselt väiksemad mistõttu on
ümbritsev keskkond mikrolainete eest varjestatud, kuid piisavalt
suured võimaldamaks jälgida ahju sisemust kasutamise ajal.(Sepp, S
2007)
Ehk siis küpsetuskamber on Faraday puur, mis
tähendab, et mikrolained ei pääse kambrist keskkonda(Sepp, T
2007).
Kui ahju uks või kambri seinad on ebasobilikud
või kahjustatud, võivad mikrolained kahjustatud piirkonnast keskkonda lekkida(Yannakou 2008).
Pöörlev alus - Pöörlev alus on ahjus
selleks, et toit küpseks ühtlaselt, kuna mikrolainete intensiivsus
küpsetuskambri eri paikades ei ole sama tugevusega . (vt katse 1 ja
2)
Tööpõhimõte
Mikrolainete poolt soojendatavad ained peavad
olema elektrilised dipoolid. See tähendab seda, et positiivne laeng
on kogunenud molekuli ühte ning negatiivne teise otsa (nt dipoolne
vee molekul ). (Sepp, S 2007)
Kui selliseid molekule kiiritada mikrolainetega, siis püüavad nad
end keerata välise elektrivälja suunda. Nii sunnib
mikrolainekiirgus molekuli keerama end pidevalt uutesse suundadesse
suure sagedusega. Selline kiire mehaaniline pöörlemine toob kaasa
põrkumisi ning hõõrdumisi teiste molekulidega põhjustades toidu
soojenemise. Seepärast soojendab mikrolaineahi veerikkaid toite
paremini kui neid, mis sisaldavad rohkesti rasva ja suhkrut. (Sepp, T
2007)
Mikrolaineahjus
küpsetatud toit ei ole kiirgusohtlik. Mikrolained lakkavad
eksisteerimast kohe, kui mikrolaineahju magnetron välja lülitub.
Mikrolained ei jää toidusse ning on seega võimetud muutma nii
toitu kui ka ahju radioaktiivseks. (Yannakou 2008)
Mikrolainete energia muundub neeldudes soojusenergiaks.
Mikrolained neelduvad vaid pealmistes kihtides
ning toidu sisemus soojeneb soojusülekande mõjul, ning võib
juhtuda, et näiteks külmunud lihatükk näib väljast täiesti
küpsenuna, kuid seest on alles külmunud( Shelley 2007).
Lained peegelduvad ahju seintelt nii, et toit
küpseb ühtlaselt (Oxlade et al 1997: 45).(vt Joonis 3) Lained
saavad ahju seintelt peegelduda vaid siis, kui laine intensiivsus
samas punktis on null, vastasel juhul lained neelduvad ning ahju
seinad soojenevad.
Joonis 3. (Vollmer et al 2004: 74)
Mikrolaineahi tarbib elektrienergiat üsnagi
säästlikult: tavalise kodudes kasutatava mikrolaineahju võimsuseks
on 1100 W, millest 700 kulub mikrolainete tekitamiseks. Kasutegur
seega 64 protsenti ning ülejäänud energia hajub peamiselt
transformaatoris ja magnetronis tekkinud soojusena. (Sepp, S 2007)
KATSED
Katsed
viidi läbi mikrolaineahjuga, mille küpsetuskambri mõõtmed on 32cm
x 29,5cm x 20cm. Nominaalpinge on 230V, nominaalsagedus 50 Hz,
mikrolainete sagedus 2450 MHz.
Katsete
eesmärk oli uurida mikrolaineahju omadusi ning erinevate ainete
käitumist mikrolainete mõjul. Katsed jagunesid kolmeks:
mikrolaineahju omadusi uurivad katsed, mikrolaineahjudes keelatud
olevate ainete käitumist vaatlevad katsed ning erinevate ainete
omadusi ning dipoolide olemasolu kontrollivad katsed.
Keelatud
on:
- Kasutada metallist kööginõusid, näiteks hõbe- või kuldkaunistustega nõud, kahvlid, lusikad vms;
Põhjus: võivad tekkida sädemed või tekkida tulekahju, mis võib kahjustada ahju ning lühendada magetroni eluiga.
- Soojendada õhukindlaid või vaakum -suletud pudeleid, purke, või õhukindlaid toite nagu munad, koorega pähklid, tomatid .
Põhjus: Õhu paisumine või vedeliku aurustumine suletud toiduaines need panna plahvatama.
(Toastmaster…)
Mikrolaineahju omadused
Katse 1. Lainepikkuse mõõtmine
Katseks võeti alus, mis oli ahju laiune, ning puistati sellele
riivitud šokolaadi. Alus asetati küpsetuskambrisse ~10 cm kõrgusele
põhjast mittepöörlevale alusele. ~15 sekundi pärast ilmnesid
vertikaalselt ribad , kus šokolaad oli sulama hakanud ehk kus
mikrolainelaine intensiivsus oli maksimaalne. ~10 sekundi pärast ilmnes kahe eelnevalt tekkinud ala vahele uus laine intensiivsust
märkiv sulanud laik (vt Pilt 1).
Pilt 1. Laine intensiivsust märkivad kohad.
Mõõtes tekkinud laigu ning tervikuna jäädvustunud vertikaalse
riba keskpunktide vahemaa saime pool lainepikkust, mis siinkohal oli
6cm (vt Pilt 2).
Pilt 2. Poollainepikkuse mõõtmine.
Eelnevalt üritati katset sooritada toore munaga, mis laotati samuti
alusele nagu šokolaadki. Tulemusena küpses vaid vasakul poolel olev
munavalge täielikult, paremale tekkis aga vaid üks väike laik.
Võib järeldada, et lained mõjusid intensiivsemalt just
küpsetuskambri vasakul poolel, kuna ka šokolaadiga sooritatud katsel tekkis vasakule rohkem sulamisilminguid varem kui paremale.
Joonis 4. Seisulaine . (Sääsk et al 2000: 21)
Mõõdetud on poollainepikkust, kuna nendes punktides on laine resonants kõige suurem, mistõttu on laine intensiivsus kõige
tugevam. (vt Joonis 4)
Katsest võib järeldada, et ahju seintelt peegelduvad mikrolained ei
taga toidu ühtlast soojenemist, nagu on väidetud leheküljel 9
allikas Oxlade et al. Vajalik on siiski ka pöörleva aluse
olemasolu, nagu seda on näidatud joonisel 3.
Katset saab edukalt kasutada ka füüsika tundides elava näitena
lainepikkuse mõõtmise võimalikkusest ja valguse kiiruse
määramiseks kodustes tingimustes.
Katse 2. Mikrolainete intensiivsus küpsetuskambri eri
piirkondades.
Katsed viidi läbi CD-plaatidega, mille üks külg on kaetud õhukese
alumiiniumi kihiga (metallide käitumisest täpsemalt peatükis 4.2).
Üks CD-plaat kinnitati seinale, teine lakke , kolamas asetati põhja
nii, et CD-plaadi metallkiht jäi aluse poole. Neljas plaat pandi
küpsetusahju keskele mittepöörlevale alusele topsi sisse seisma
(vt Pilt 3).
Eesmärk oli kontrollida, kas laine intensiivsus neis punktides on
minimaalne ning maksimaalne ahju keskmes. Tulemuseks saadi, et seintel ja laes on laine intensiivsus võrdne nulliga, põhjas aga
mitte, millele andsid tunnistust mõningased praod CD-plaadil. Siiski
oli põhjas intensiivsus ahju keskmes olevast intensiivsusest
väiksem: pragusid tekkis vähem kui topsis olevale CD-plaadile (vt
Pilt 4). ( Plaadid nr 1 ja 2 asetsesid vastavalt seinal ja laes. Plaat
nr 3 oli asetatud põhja ja nr 4 asetses küpsetusahju keskel
topsis.)
Selle põhjus seisnes selles, et kambri põhja kuju pöördaluse
kasutamiseks jättis CD-plaadi ~2 cm kõrgusele kambri põhjast,
vähendades seega CD-plaadi ja ahju seina vahelist soojuslikku
kontakti ning jättis plaadi ka intensiivsemasse välja.
Plaadilt nr 4 on näha, et mikrolainete intensiivsus ei ole ühtlane.
Pilt 3. CD-plaatide paigutus küpsetuskambris.
Pilt 4. CD-plaatide kahjustuvus küpsetuskambri eri piirkondades.
Mikrolaineahjudes keelatud olevate ainete käitumine.
Katse 1. Metalli käitumine mikrolaineahjus.
Katseks asetati küpsetuskambri keskele traadirull. Eesmärk oli
vaadelda selle käitumist mikrolainete mõjul. Juba pärast esimesi
sekundeid võis täheldada valgus- ning plasmaefekte traadirulli
erinevate keerdude vahel.
Peenikeses traadis võib metalli temperatuur
tõusta väga kõrgeks ning võivad tekkida lokaalsed laengute
kogunemised metalli pinnal olevatesse konarustele ning teravatele
osadele. Kui tekkinud lokaalne elektriväli ületab gaaslahenduse
potentsiaaliläve (õhus ~ 40 kV/cm), siis toimub laengu ülekandumine
läbi õhu. Õhu molekulid ioniseeritakse ning tekib nn plasmakanal,
mille abil saavad vabad elektronid liikuda kõrgema potentsiaaliga
alalt madalamale. Kuna tekkiva plasma temperatuur on tuhandeid
kraade, siis põhjustab see metalli aurustumise, mis andiski
iseloomuliku struktuuri CD- plaadi pinnal. (Vollmer et al 2004: 501)
Katse 2. Muna käitumine mikrolaineahjus.
Katseks võeti toores kanamuna ning asetati küpsetuskambrisse
pöörlevale alusele. 1.25 minuti pärast muna lõhkes. (vt Pilt 5)
Põhjuseks oli munas oleva vedeliku ning õhu kiire paisumine, mis
tekitas munas kui kinnises keskkonnas liiga suure rõhu ning tingis
munakoore purunemise.
Samuti võib juhtuda suletud anumatega, isegi, kui neis ei ole vett,
kuna õhk sisaldab alati vett, mille aurustumisel suureneb ka õhu
ruumala.
Pilt 5. Mikrolaineahjus lõhkenud muna.
Muud katsed.
Katse 1. Lambipirni käitumine mikrolaineahjus.
Katseks võeti tavaline lambipirn ning asetati
ahju keskele pöörlevale alusele. Paari sekundi pärast ilmnesid
valgussähvatused. Valguse intensiivsus ja värv muutus vastavalt
piirkonnale, kuhu lambipirn pöördalusel lebades sattus. Katse
lõpuks lambipirn lõhkes. (vt Pilt 6)
Pilt 6. Mikrolaineahjus lõhkenud lambipirn.
Pildilt võib näha, et hõõgniit ning suur osa tugitraatidest on aurustunud .
Teiseks katseks asetati ahju 5 erinevat
lambipirni. Valguse intensiivsus varieerus samuti, kuid erinevatel
pirnidel oli valgus erinevat värvi, mis sõltus pirnide ruumilisest
paiknemisest ahjus.
Valguse värv sõltub kasutatud gaasi tüübist ja gaaslahenduse
temperatuurist ( lahendust tekitava välja intensiivsusest ehk kui
palju elektrone liigub ajaühikus läbi selle gaaslahenduse kanali).
Lambipirni täidetakse harilikult kas argooni või argooni segu,
lämmastiku või neooniga, mis annab nähtavat valgust oranžist
violetse värvuseni. (Vollmer et al 2004: 504-505)
Hõõgniidi kuumenemisel kuumeneb ka lambipirnis olev gaas , mille
ruumala selle tagajärjel suureneb. Tulemus sõltub pirni kvaliteedist: klaas võib muutuda pehmeks ühe koha pealt ning
tekkida kühm, või kui klaas on väga ühtlane, tekib ühtlane rõhu
jaotus ning klaas puruneb plahvatusega. (Vollmer et al 2004: 504-505)
Katset saab kasutada koolis füüsikatundides näitamaks gaaside
omadusi ning seletamaks reklaamlampide põhimõtet.
Katse 2. Seebi käitumine mikrolaineahjus.
Katseks võeti 1/3 seepi ning asetati küpsetuskambrisse pöörlevale
alusele. Seep hakkas vahutama ning ligi poole minuti pärast
eemaldati see ahjust. Vaht tahkus ning tulemuseks tekkis käsnataoline
auklik seep (vt Pilt 7).
Pilt 7. Mikrolaineahjus paisunud seep ning selle algne vorm.
Antud reaktsioon toimus, kuna seebi valmistamisel jääb seebi
tahkestumisel seebi sisse hulgaliselt õhumulle ja vett, siis seebi
soojendamisel vesi aurustub ja nende mullide ruumala suureneb,
suurendades seega ka kogu seebi ruumala.
Katse 3. Plasma tekitamine mikrolaineahjus.
Plasma tekib kui molekulide elektronid ja nende tuumad liiguvad
vabalt, üksteisest sõltumatult ning tekitavad plasmakanali, kiirates seejuures valgust. Ka välgunooled koosnevad plasmast, ning
nende temperatuur on ligi 3000°C. Sellel
kuumusel reageerib õhus olev lämmastik hapnikuga, ning tekib
mürgine gaas lämmastikdioksiid (N2+O2=2NO;
2NO+O2= 2NO2 )
Esiteks võeti katseks viinamarjad , kuna nad sisaldavad palju vett.
Viinamarjad lõigati pooleks ning need pooled omakorda pooleks,
jättes kahte poolt ühendama õhukese nahariba. Viinamarjade
lõigatud pind kuivatati, et nende pinnal ei tekiks elektrijuhtivust.
Viinamarjad asetati mikrolaineahju pöörlevale alusele, ning juba
paari sekundi möödudes võis täheldada plasmaefekti. Nahariba kahe
poole vahel põles täielikult.
Plasmaefekt tekkis õhu ning viinamarja potentsiaalide erinevusest.
Kuna viinamarja potentsiaalilävi on kõrgem, siis mahutab see rohkem
mikrolaineid.
Teiseks võeti katseks põlev tikk , mis piisavalt põlenuna tekitas
plasmaefekti, kuna põlenud osa koosnes grafiidist.
Samuti tekitati plasmaefekti traadijupiga, mis kuumenes sedavõrd, et
süütas tikutopsi kaanest tehtud aluse. Põhjuseks oli traadi
mõlemasse otsa koondunud energia.
Seda katset saab kasutada õppematerjalina näitamaks ning
põhjendamaks välgu teket.
KOKKUVÕTE
Mikrolaineahju leiutamise eelduseks oli tema komponentide varasem
olemasolu. Mikrolaineahju tähtsaimad komponendid on magnetron,
transformaator, küpsetuskamber ning pöörlev alus, mis tagab toidu
ühtlase soojenemise. Mikrolaineahjus toimub soojenemine mikrolainete
mõjul end pööravate ning üksteisega põrkuvate ning hõõrduvate
dipoolide arvelt. Mikrolaine energia muundub energiajäävuse seaduse
järgi soojusenergiaks.
Mikrolaineahjude omadusi uurivad katsed
näitasid, et mikrolained ei jagune küpsetuskambris seintelt
peegeldudes ühtlaselt, nagu seda väitis üks füüsika leksikon ,
vaid moodustavad kindla mustri, mistõttu on pöörleva aluse
olemasolu toidu ühtlase soojenemise tarvis asendamatu.
Samuti tõestati, et laine intensiivsus seintel on võrdne nulliga,
mis tähendab, et lained põrkuvad seinalt, mitte ei neeldu. Kui
laine intensiivsus ei oleks seintel võrdne nulliga, ning lained
neelduksid, siis olenevalt laine intensiivsuse määrast seinad kas
lihtsalt soojeneksid või kuumeneksid üle.
Katsed mikrolaineahjudes keelatud olevate
ainetega näitasid, et piirangud on põhjendatud. Traadirulli
asetamisel mikrolaineahju tekkis selle keerdude vahele ning otstesse
sädemed ning plasmaefekt, mis pikas perspektiivis võib kahjustada
küpsetuskambri sisemust või põhjustada tulekahju. Samuti on plasma
tekke üheks kõrvalproduktiks mürgine gaas- lämmastikdioksiid.
Suurema tõenäosusega pannakse aga mikrolaineahju õhukese
metallikihiga kaunistatud või kaetud esemeid. Nende käitumine on analoogne CD-plaadi käitumisega: laengud kogunevad metallikihi
ebaühtlasematesse kohtadesse ning põhjustavad kiire
temperatuuritõusu, mille tagajärjel kõrgema laenguga kohad
aurustuvad. Sädelemine ning plasmaefekt kestavad väga vähest aega ning ei põhjusta seega muid kaotusi, kui metallist kaunistuse
hävimist.
Mikrolaineahjude kasutusjuhendites keeld muna keetmise
kohta oli samuti põhjendatud. Juba pärast 1.25 minutit muna lõhkes.
Põhjuseks oli munas kui suletud keskkonnas tekkinud liiga suur rõhk,
mida põhjustas seal oleva vedeliku ning õhu kiire paisumine.
Lõhkemise tugevus oleneb munakoore paksusest ning võib seega peale
tohutu segaduse põhjustada ka muid kahjustusi.
Mikrolaineahjuga tehtavaid katseid saab edukalt kasutada ka füüsika
või keemia tundides uurimaks erinevate ainete omadusi ning käitumist
mikrolainete mõjul või mõõtmaks lainepikkust või valguse
kiirust. Näiteks katses seebiga suurenes selle ruumala ligi kolm
korda, kuna seebi valmistamisel jääb sinna ka veemolekule, mille
aurustumisel kogu seebi ruumala suureneb. Katses lambipirnidega võis
täheldada värvikirevat valgusefekti, mida põhjustasid
lambipirnides kasutatavate gaaside omadused ning hõõgniidi
käitumine mikrolainete mõjul.
Samuti saab mikrolaineahjuga
tekitada plasmat , asetades sinna näiteks pooleks lõigatud
viinamarjad või põlev tikk, ning näidata sellega välgu tekkimist.
KASUTATUD KIRJANDUS
Clark, J. 1999. Teadus ja tehnika: inimesed, aastad,
sündmused. Tallinn: Eesti Entsüklopeediakirjastus
Gallawa, J. C. 1989-2008. A Brief History of the Microwave
Oven. http://www.gallawa.com/microtech/history.html (21. veebruar 2008)
Oxlade et al= Oxlade, C.; Stockley, C.; Wertheim, J. 1997.
Füüsikaleksikon. Koolibri
Relfe, S. 1998. Microwave cooking is killing you! http://www.relfe.com/microwave.html (21. veebrur 2008)
Ronan, P. 2007 http://en.wikipedia.org/wiki/Image:EM_spectrum.svg (1. märts 2008)
Sepp, S. 2007. Kuidas töötab mikrolaineahi. http://www.tarbijakaitse.ee/print.php?sid=5145 (21.veebruar 2008)
Sepp, T. 2007. Mikrolaineahi. Horisont , nr 3.
Shelley, T. 2007. Inside view on deep heat . http://www.eurekamagazine.co.uk/article/9659/Inside-view-on-deep-heat.aspx (5. märts 2008)
Sääsk et al= Sääsk, A.; Voolaid, H. 2000. Võnkumised
ja lained. Tartu, lk 21.
Toastmaster…= Toastmaster Inc. 2003. Microwave owner ’s
manual. http://www.yinyanghome.com/Products/Icebox/Microwave.pdf (5. märts 2008)
Ugaste, Ü. 1998. Füüsika gümnaasiumile II. Tallinn: Avita
Vollmer et al= Vollmer, M.; Möllmann, K.-P.; Karstädt, D.
2004 Physics Education 39(6). IOP Publishing Ltd
Voolaid, H. 2005. Optika : Loengukursuse FKEF.06.039
konspekt loodusteaduste õpetaja eriala üliõpilastele. Tartu,
lk 2-3
Yannakou, A. 2008. The safety of microwave ovens. http://www.foodscience.csiro.au/micwave1.ht m (21. veebruar 2008)
MICROWAVE OVENS. SUMMARY.
I have chosen this topic for my work because it has found a lot of
reverberation in media lately. Although media is more concerned about
the health aspects, I have chosen to examine the construction and the
work principle of the microwave ovens. I was interested in myths telling stories about the behavior of metals and eggs in the
microwaves.
The aim of my work is to give an overview about history of microwaves
and explain the principles of its work and explain some reactions
with different materials by carrying out some experiments.
The most important component parts are magnetron,
transformer, cooking chamber and the rotating plate, which assures
the even cooking of the food. Cooking procedure can only be taken place when food contains dipoles, which rotate themselves under the influence of microwaves. When the energy of microwaves absorb it
turns into heat energy.
The experiments show, that it takes more to heat
food even than just microwaves reflecting from the walls, like it was claimed in a physics lexicon . A turning plate is recommended, like
shown on a Figure 2. The experiments show also, that the intensity of
the microwaves is equal to zero point.
The main purpose of the experiments is to check
the validity of the prohibitions in the manuals of microwave ovens.
The experiments assure the facts, that metal should not be placed in
the microwave because the sparking and plasma effects . Also an egg
should never be boiled in the microwave because it tends to blow due
to its closeness. Fluids and air distend rapidly and causes the shield of the egg to shatter.
Different experiments are useable in physics lessons for exampling
the behavior of different materials like soap , gases in light bulbs,
metal and so on. Also a plasma effect can be inflicted with crapes
and ignitable match.
24
50 punkti
Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
~ 25 lehte
Lehekülgede arv dokumendis
2012-10-29
Kuupäev, millal dokument üles laeti
30 laadimist
Kokku alla laetud
0 arvamust
Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Koolimaterjal
Õppematerjali autor
annaabi.ee 
Kõik kommentaarid