El acelerador de partículas casero

El microondas es, sin duda alguna, uno de los mejores inventos que tenemos en nuestras cocinas. Sirve para cocinar o calentar cualquier alimento de manera rápida y sencilla, y todo el mundo sabe utilizarlo en mayor o menor medida. Sin embargo muy poca gente sabe de verdad cómo funciona un horno microondas y que, en realidad, es un pequeño acelerador de partículas casero.

Para comprender cómo genera calor un microondas debemos partir primero del concepto de ciclotrón. Un ciclotrón es un dispositivo formado por dos semicírculos (también conocidos como “des” debido a su similitud con la letra D) que acelera cargas eléctricas mediante un campo magnético. Aplicando un voltaje determinado a cada una de las des (A y B, e invirtiendo dicho voltaje varias veces, se consigue que la carga vaya de una a otra de manera continua, acelerando en cada viaje. Si la carga (en nuestro caso un electrón) se encuentra en un principio en la A se hace que la B tenga un potencial mayor para que dicha carga tienda a ir desde A hacia B. Si cuando el electrón se encuentra en B se intercambian los voltajes hacemos que la carga vuelva a desplazarse desde B hacia A. En cada sucesivo viaje se consigue que la carga vaya adquiriendo energía.

Si además de las des se coloca un campo magnético creado por un imán de manera que dicho campo sea perpendicular a la superficie de las des, logramos que la carga, en lugar de trasladarse de una "D" a la otra, siga una línea recta en un camino en forma de espiral. Este movimiento acelerado del electrón crea un campo electromagnético con una frecuencia determinada, que es precisamente lo que sucede en nuestros hornos microondas. 

Realmente, en el microondas no hay dos des, sino que tenemos un dispositivo llamado magnetrón en el cual se produce todo el proceso de una manera ligeramente diferente al del ciclotrón. En el interior del magnetrón, en una cavidad cilíndrica metálica, se encuentra un filamento de titanio por el que circula una corriente eléctrica. Esta corriente provoca una nube de electrones alrededor del filamento, que al aplicar una elevada diferencia de potencial entre el filamento (cátodo) y la cavidad cilíndrica (ánodo) provoca el movimiento de los mismos. Añadiendo además un campo magnético paralelo al filamento hacemos que los electrones describan un movimiento en espiral hasta llegar finalmente al ánodo. Precisamente, en este trayecto, es cuando los electrones emiten la microonda que esperamos.

fuente:http://www.wisphysics.es

Algunas explicaciones, consejos y precauciones.

Un típico horno de microondas utiliza entre 500 y 1000 W de energía de microondas a 2,45 GHz para calentar la comida. Este calentamiento es causado principalmente por la vibración de las moléculas de agua. Por tanto, los recipientes de plástico, vidrio o papel sólo se calientan por están en contacto con la comida caliente. Esos materiales absorben directamente poca de energía.

¿Porqué 2,45 GHz? Las moléculas de agua no son resonantes en esta frecuencia. Una amplia gama de frecuencias de trabajo pueden calentar el agua de manera eficiente. La elección de la frecuencia de 2,45 GHz tiene una serie de razones, entre ellas no interferir con las frecuencias asignaciones del espectro electromagnético (comunicaciones y otras) y de conveniencia en la aplicación. Además, la longitud de onda da resultados razonables de penetración de las microondas en los alimentos.

Dado que las paredes de cavidad de la cámara del horno reflejan las microondas, casi toda la energía generada por el horno es usada para calentar los alimentos y la velocidad de calentamiento, por tanto, sólo depende de la potencia disponible y la cantidad de alimento que se está cocinado. Sin tomar en cuenta las pérdidas por convección, el tiempo para calentar los alimentos es aproximadamente proporcional a su peso. Así pues, a dos tazas de agua le tomaran dos veces más tiempo para llevar a ebullición, que una sola.

El calentamiento no es (como popularmente se cree) de adentro hacia afuera. La profundidad de penetración de la energía de microondas solo alcanza unos pocos centímetros. Sin embargo, a diferencia de un horno convencional donde se aplica el calor al exterior de los alimentos, las microondas que penetran unos pocos cm y generan el calor dentro del alimento.

*Un efecto muy real que puede ocurrir con líquidos es el sobrecalentamiento. Es posible calentar un líquido como el agua pura que por encima de su punto de ebullición si que se formen burbujas. Ese líquido sobre-calentado puede hervir de repente y con violencia si se retira del horno, con consecuencias peligrosas. Esto puede tener lugar en un horno de microondas ya que el calentamiento es relativamente uniforme en todo el líquido. En una hornilla, el calor llega desde la parte inferior y habrá tiempo de ver las pequeñas burbujas en el fondo mucho antes de que el volumen total de liquido alcance el punto de ebullición.

*La mayoría de los objetos de metal deben ser excluidos de un horno de microondas, especialmente si tienen bordes muy finos y pronunciados (zonas de alto gradiente de campo eléctrico) ya que sobre estos se pueden generar chispas o arcos que, como mínimo, suponen un riesgo de incendio. Algunos microondas tienen estantes de metal con esquinas bien redondeadas para prevenir este efecto.

*Un horno de microondas nunca debe ser activado sin nada dentro. Si no tiene una carga que absorba las microondas generadas, toda la energía rebota dentro y una gran cantidad se refleja de vuelta a la fuente. Esto puede causar costosos daños al magnetrón y otros componentes.

fuente: comunidaddeelectronicos.com