0192. Qual è il principio di azione del forno a microonde?

Ho voluto verificare che il microonde agisce solo sulle molecole d'acqua, lasciando quindi freddi i recipienti. Invece ho visto che anche i piatti di vetro o altro materiale diventano bollenti e ho messo nel forno un termometro sia di plastica che di vetro: quello di plastica è diventato bollente e in quello di vetro si è frantumato il mercurio all'interno. Come si spiega? Ciò non è contrario al principio di azione del forno a microonde? (Francesco Frontera) (2045)

Intanto ci complimentiamo con il nostro web-nauta che ha “voluto verificare” quanto avevamo spiegato in una nostra precedete risposta. La verifica di quanto crediamo di sapere (o di quanto ci è stato tramandato come noto) è alla base dei progressi della scienza.

In effetti in una delle risposte dei nostri esperti [31] sul funzionamento del forno a microonde, viene spiegato come le microonde agiscano prevalentemente sulla molecola dell’acqua a causa della sua natura dipolare [183]. In particolare per frequenze che vanno da 10 MHz a 10 GHz l’energia delle microonde viene assorbita prevalentemente per il rapido movimento oscillatorio di ioni e molecole. Il movimento rapido, a causa dell’attrito, viene convertito in calore che riscalda quindi le sostanze in cui si trovano. (La molecola dell’acqua rappresentata in figura, sbatte le ali (atomi di idrogeno) 2.45 miliardi di volte al secondo quando viene messa in un forno a microonde).

Il calore si trasmette secondo i tre meccanismi classici: conduzione , convezione e irraggiamento . Tutti e tre i meccanismi di trasmissione sopra detti richiedono tempo ossia possiamo dire che i processi di trasmissione del calore sono processi lenti. Invece il processo di cessione dell’energia dalle microonde alle molecole di acqua è molto rapido, il risultato allora è che in un forno a microonde i cibi che contengono acqua si riscaldano molto velocemente, mentre il piatto in ceramica che li contiene non assorbe affatto l’energia delle microonde e quindi si riscalderà per trasmissione del calore (conduzione, convezione e irraggiamento) dal cibo. Questa è la ragione per cui quando si riscalda una pietanza nel microonde (30-60 secondi) il piatto rimane freddo o tiepido e il cibo diventa bollente, ma dopo dieci minuti anche il piatto diventa bollente se lasciato a contatto con il cibo.

Le microonde, essendo dei campi elettromagnetici oscillanti ad alta frequenza, agiscono anche sui materiali metallici inducendo in essi (per la legge dell’induzione elettromagnetica) delle correnti di uguale frequenza che si chiamano indotte. La profondità di penetrazione di un campo elettromagnetico in un materiale conduttore investito dipende prevalentemente dalla frequenza   e più è alta quest’ultima meno esso penetra nel materiale. Si vengono a formare nel materiale conduttore degli strati di spessore molto sottile percorsi da correnti di intensità elevate. Il passaggio di una corrente in un conduttore ne determina il riscaldamento più o meno accentuato a seconda della resistenza elettrica che oppone al passaggio della corrente stessa. Quindi un recipiente di vetro che abbia parecchio piombo come additivo (i cristalli contengono piombo e non vanno messi nel microonde) tende a riscaldarsi in un forno a microonde anche se non contiene nulla al suo interno. Oppure un foglio di alluminio usato per coprire i cibi può raggiungere temperature elevatissime per effetto delle correnti indotte e schermare il suo interno dalle microonde.

Il termometro classico a mercurio, se messo in un forno a microonde scoppia perché la colonnina di mercurio si comporta come una antenna, in altri termini le microonde mettono in oscillazione gli elettroni liberi del mercurio lungo la colonnina che si comporta come un conduttore percorso da corrente di sezione piccolissima riscaldandosi per effetto Joule oltre la temperatura massima ammessa dal termometro. Per esempio le lampade ad incandescenza posizionate all’interno di un forno a microonde, siccome sono costituite da un filamento di tungsteno molto sottile, vengono montate esternamente alla schermatura altrimenti il fascio di microonde danneggerebbe il filamento.

Per il termometro di plastica si possono verificare molte situazioni che determinano lo scoppio: la plastica ha degli additivi per renderla conduttrice elettricamente e termicamente e quindi risente dell’effetto induttivo delle microonde (come per il cristallo), Il termometro può essere stato riscaldato dal supporto metallico su cui poggiava (esempio la griglia classica che si trova nei forni), e molte altre ancora .

Sandro Tomassini - Ingegnere