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Cómo funciona un horno de microondas EngineerGuy Serie #4
El horno de microondas es una increíble invención de la ingenería
El calentamiento rápido que hace tan populares a los hornos de microondas
es posible gracias al poder que proviene de
esta válvula de vacío
Ahora bien, cuando se imaginan a una válvula de vacío probablemente es dentro de
un radio como éste.
Inevitablemente, pequeños transistores y microchips reemplazaron
a las incómodas válvulas, pero es demasiado pronto para
relegarlas al museo.
Las microchips no pueden reemplazar a las válvulas en términos de producción de poder.
Por ejemplo, para calentar a la comida.
Un horno de microondas contiene tres componentes centrales
Una válvula de vacío llamada magnetrón
que genera la energía que calienta la comida.
Una guía de onda escondida en la pared para llevar la energía hacia la comida
y un interior para contener a la comida y la radiación de microondas.
Por principio, un horno de microondas calienta como
cualquier tipo de transferencia de calor.
El calor es una transferencia de energía a nivel molecular
el cual resulta en un incremento en el movimiento de las moléculas de una sustancia.
Como no somos de tamaño cuántico
observamos este incremento de movimiento
como un incremento de temperatura.
En un horno o estufa tradicional calentamos la comida
colocando un sartén sobre una llama
o en una estufa donde las paredes emanan calor
que calienta al exterior de la comida.
El interior de la comida se cocina cuando el calor se transfiere desde el exterior
hacia adentro.
Por contraste, la energía del magnetrón penetra
la comida, lo que permite que toda la masa de la comida
pueda ser cocinada simultáneamente.
¿Cómo logra hacer esto?
Nuestra comida esta llena de agua,
la cual está cargada positivamente en un extremo
y negativamente en el otro.
Para darle más energía a estas moléculas,
las exponemos a ondas electromagnéticas que emanan desde la válvula.
Por definición, las ondas tienen campos eléctricos y magnéticos
que cambian de dirección rápidamente.
En este horno, la dirección de los campos cambia
2.4 mil millones de veces por segundo.
El agua intentará alinearse con el campo eléctrico de la radiación.
Este campo cambiante sacude a las moléculas de agua
rápidamente, y la fricción molécular
crea calor a medida que el movimiento agita
los enlaces de hidrógeno entre las adyacentes moléculas de agua.
Ahora, pueden idearse la longitud de onda de la energía
que emana el megatrón usando queso.
Ahora pueden ver partes donde el queso
se ha derretido por completo, y otras donde no se ha calentado.
Las paredes metálicas del horno solo reflejan ondas
de tal longitud que quepan en el horno.
Esta onda estática crea muchos lugares calientes y fríos dentro del horno.
El patrón de ondas de tres dimensiones es difícil de predecir
pero el principio se puede ver mirando
a las ondas en una sola dimensión.
Las crestas y valles de la onda representan
la mayor cantidad de energía de la onda
mientras los nodos aquí corresponden a los lugares \"fríos\" dentro del horno.
Si mido la distancia entre los lugares donde el queso está derretido
mido alrededor de 2.5 pulgadas (6.35 cm)
Esto es, la mitad de la longitud de onda,
la distancia entre nodos
y se acerca a la verdadera longitud de la radiación de microondas utilizada.
Usando esa longitud de onda, puedo estimar la frecuencia de la radiación del horno de microondas.
La frecuencia está relacionada con la longitud de onda y la velocidad de la luz.
Obtuve una respuesta con un margen de error de apenas 4 o 5 por ciento.
No está muy mal para esta manera de medir tan imprecisa.
Ahora, la verdadera ingenería del horno de microondas
yace en la creación del magnetrón que
genera ondas de radio altamente poderosas.
Es un aparato asombroso y revolucionario.
La válvula de vacío se encuentra aquí adentro.
Éstos son dispositivos de enfriamiento,
delgados pedazos de metal que disipan calor mientras funciona el magnetrón.
Las partes más importantes son estos dos imanes y
la válvula de vació.
Aquí tengo otro para que puedan ver por dentro.
Se aplica un alto voltaje a través
del filamento interior y el cobre circular exterior.
Este voltaje \"hierve\" a los electrones hasta que salen del filamento central
hacia el cobre circular.
El filamento esta hecho de tungsteno y torio.
El tungstendo puede aguantar altas temperaturas
y el torio es una buena fuente de electrones.
Los imanes doblan estos electrones para que puedan balancearse
de nuevo hacia el filamento central.
Ajustamos la fuerza magnética para que
los electrones orbitantes apenas rocen las entradas a estas cavidades.
Como soplar sobre una botella de gaseosa para que produzca sonido
esto crea una onda oscilante - la radiación de microondas que calienta la comida.
Es sorprendente que estas cavidades pueden ser hechas
con alta presición, bajo costo y alta confiabilidad.
Soy Bill Hammack el EngineerGuy.
Este video está basado en un capítulo del libro
\"Ocho hazañas asombrosas de la Ingenería\"
Ese capítulo contiene más información sobre el tema.