Mikrovlnná rúra

Mikrovlnná rúra (iné názvy: mikrovlnná piecka; staršie odborne mikrovlnný sporák; nárečovo mikrovlnná trúba; hovorovo mikrovlnka) je zariadenie primárne určené na tepelnú úpravu (varenie a ohrievanie) jedál pomocou mikrovĺn. Ohrievať je možné len látky obsahujúce vodu. Ohrievanie vzniká v dôsledku rozkmitania molekúl vody vplyvom mikrovlnného žiarenia.

Dejiny 
Ako väčšina veľkých vynálezov, aj tento vznikol pôvodne na iný účel. Magnetrónová elektrónka (zdroj mikrovlnného žiarenia v mikrovlnnej rúre) sa používal ako zdroj žiarenia pre radary. Pri testovaní zariadenia sa zistilo, že mikrovlnné žiarenie dokáže zohrievať veci obsahujúce vodu. Mikrovlnné žiarenie ako zdroj tepla si dal patentovať Percy Spencer v r. 1946. Prvé mikrovlnné rúry vážili cez , používali sa v reštauráciách a vyžadovali výkonné chladenie. V sedemdesiatych rokoch minulého storočia nastal prínos mikrovlnných rúr. V USA sa začali mikrovlnné rúry presadzovať v domácnostiach okolo roku 1975, keď došlo k ich zmenšeniu a zlacneniu, a v Európe sa začali používať po roku 1980. Dnes sú mikrovlnné rúry neoddeliteľnou súčasťou domácností.

Mikrovlnné rúry sa stali pre svoje vlastnosti jedným z najpoužívanejších spotrebičov v moderných domácnostiach. Ich úžitková hodnota je nesporná, aj keď ich škodlivosť je predmetom diskusií. Roky existencie, rozsah používania, a absencia relevantných dôkazov o vyššej škodlivosti tejto technológie oproti iným, používaným pri varení skôr dávajú za pravdu tým hlasom, ktoré poukazujú na ich bezpečnosť a užitočnosť.

Dnes sa mikrovlnné rúry vyrábajú v najrôznejších modifikáciách, na výber je od klasickej mikrovlnky len na ohrievanie, cez mikrovlnky s grilom, s grilom a teplovzdušnou rúrou, po kombinácie všetkého so všetkým a navyše s varením v pare.

Princíp činnosti 
Mikrovlny sú druhom elektromagnetického žiarenia definovanej frekvencie. V mikrovlnných rúrach sa používa frekvencia 2 450 MHz. Ak takáto elektromagnetická vlna zasiahne vhodnú elektricky nabitú látku, rozkmitá ju. Molekuly vody majú kladné a záporné náboje rozdelené nerovnomerne – na jednom konci prevláda kladný a na opačnom záporný náboj. Keď takúto molekulu zasiahne elektromagnetická vlna, pohne s ňou – pootočí ju a následne opačná polvlna žiarenia ju pootočí na druhú stranu. Molekuly vody takto do seba narážajú a dochádza k ich vzájomnému treniu. Dipóly pri rýchlo sa meniacom striedavom elektrickom poli nestíhajú sledovať tieto zmeny, pri natáčaní musia prekonávať určitý odpor, čo je spojené so stratou energie (tzv. dielektrické straty). Táto stratová energia sa premieňa na teplo. Technicky sa tento spôsob ohrevu nazýva dielektrický. 

Zdrojom tepla sú dva procesy – teplo vznikajúce v dôsledku hysterézie, ktorá vzniká medzi pôsobiacim striedavým elektrickým poľom a v molekule indukovanou elektrickou odozvou vplyvom zotrvačnosti molekuly a čiastočne aj vplyvom medzimolekulového trenia, ku ktorému dochádza pri prekonávaní medzimolekulárnych príťažlivých síl. Veľkosť tepla závisí od veľkosti elektrického náboja, druhu a množstva ohrievanej látky a od tvaru jej molekúl.

Teplo vzniká v celom objeme žiarením zasiahnutej zohrievanej látky takmer súčasne (žiarenie preniká aj do objemu látky a tú zohrieva zvnútra, pričom je postupne molekulami pohlcované). Hrúbka zohrievanej vrstvy závisí na obsahu vody v látke. 

Voľba frekvencie žiarenia pre mikrovlnný ohrev potravín je kompromisom medzi ohrievaním potravín a prestupom cez ne. Ak by bola zvolená nižšia frekvencia, vlna by prechádzala potravinami bez vytvorenia tepla, pretože molekuly by kmitali voľne, čo by umožnilo zachovanie elektrického poľa bez toho aby vznikli dielektrické straty. Podobne, keby sme zvolili vyššie frekvencie, vlna by sa úplne absorbovala na povrchu potraviny.

Materiály, ktoré mikrovlny ohrievajú sú voda, cukor a tuk. Mikrovlny patria podobne ako rádiové, infračervené a viditeľné žiarenie medzi neionizujúce žiarenie. To znamená, že dokážu elektróny v atómoch rozkmitať, ale nedokážu ich vytrhnúť a spôsobiť tak chemickú zmenu v látkach. Z tohoto hľadiska je pôsobenie mikrovĺn rovnako neškodné, ako je tepelné žiarenie (podobne však, ako u tepelného žiarenia prebytok energie spôsobí popálenie). Mikrovlny zároveň neprenikajú cez kovové predmety (odrážajú sa od nich), pričom sú schopné prenikať plastom, sklom, keramikou, papierom… a teda priamo ohrievať potraviny umiestnené v nádobe.

Zloženie mikrovlnnej rúry 
Prístroj sa skladá z mechanických, elektrických a elektronických častí.

Skrinka 

Základom je plechová, oceľová skrinka s dvojitým obalom. Jedna časť je samotný ohrievací priestor – skrinka do ktorej generátor mikrovĺn – magnetron vysiela mikrovlnné žiarenie. Do nej je umiestňované ohrievané jedlo. Obvykle sa tu nachádza sklenený otočný tanier a osvetlenie priestoru. Tanier slúži na otáčanie ohrievaným pokrmom kvôli rovnomernejšiemu ohriatiu v celom objeme (mikrovlnné žiarenie v rúre nie je kvôli tvaru rúry a bodovému zdroju žiarenia homogénne). Skrinka je uzatvorená dvierkami s priehľadnou stenou. Stena je vytvorená z kovového plechu s dierkami o veľkosti menšej ako je vlna žiarenia, a tak žiarenie nemôže zo skrinky uniknúť. Dvierka priliehajú na skrinku s presahom, aby nikde neboli vytvorené škáry, cez ktoré by žiarenie uniklo do priestoru.

Riadiace obvody 
V druhej časti sa nachádzajú elektrické a elektronické obvody a zdroj žiarenia. Riadiace obvody slúžia k riadeniu množstva mikrovĺn vysielaných do vnútorného priestoru rúry. Rúra je vybavená sériou zabezpečovacích prvkov, aby nebolo možné spustiť zdroj žiarenia tak, aby mohlo dôjsť k preniknutiu žiarenia mimo vyhradeného priestoru. Jednoduché rúry majú len nastavenie výkonu (prerušenia činnosti magnetronu do dávok) a jednoduchý časovač – „minútky“. Zložitejšie rúry majú procesor umožňujúci riadenie rúry v definovaných programoch – varenie, ohrievanie rozmrazovanie, zapnutie v určenom čase, ohrievanie podľa váhy podľa druhu jedla a pod.

Výkonové obvody 

Výkonové obvody majú za úlohu pripraviť vysoké napätie a žhaviace napätie pre magnetron. Ten vyrobí mikrovlnnú energiu, ktorá je odvádzaná do vnútorného ohrievacieho priestoru. V magnetróne sa uvoľňujú elektróny zo žhavenej elektródy a tieto sa pomocou magnetu uvedú do rotačného pohybu vo vákuu. Rotačný pohyb elektrónov vytvorí mikrovlnné vlnenie, ktoré sa prenesie vlnovodom do vnútra rúry na ohrev jedla. Vlny sa vo vnútri ohrievaného priestoru odrážajú od stien, až pokiaľ nie sú pohltené ohrievanou látkou. Časť energie žiarenia sa pri odraze od steny stráca, preto intenzita vĺn veľmi rýchlo klesá, navyše energia vĺn so vzdialenosťou klesá s druhou mocninou. Inak povedané pri akokoľvek prudkom otvorení dvierok žiarenie ustane skôr, ako by mohlo uniknúť do priestoru. 

Magnetron sa priamo nedá regulovať v tom pravom slova zmysle. Je vyhotovený na prácu s určitým výkonom a celkový výkon rúry sa potom reguluje len zapínaním a vypínaním magnetronu.

Práca s mikrovlnnou rúrou 
Obsluha mikrovlnnej rúry je obvykle tak jednoduchá, že ju zvládnu aj deti. Ohrev je plynulý a teploty neprekračujú teploty bežne používané pre inom druhu varenia, alebo pečenia. Hlavným použitím rúry je ohrievanie jedla, ktoré je rýchle a bezpečné. Problémovejšie je varenie, pretože na varenie sa používajú krátke časy, na ktoré si je treba zvyknúť. Neoceniteľná je rúra pri rozmrazovaní, ktoré výrazne skracuje. Mikrovlnná rúra je niekedy používaná aj na dezinfekciu, pretože každý živý organizmus obsahuje vodu a mikrovlnné žiarenie ho zničí.

Napriek jednoduchosti a bezpečnosti používania má mikrovlnná rúra niekoľko úskalí, ktoré je treba zohľadniť skôr než je umožnené jej používanie neznalými osobami, resp. deťmi.

Explozívnosť 
Pri zohrievaní jedál, ktoré sú nejakým spôsobom uzatvorené (vajce, dojčenská fľaša, voda v nádobke z úzkym hrdlom, ovocie v šupe a pod.) dochádza ku koncentrácii energie v uzatvorenom priestore, čo sa po prekonaní pevnostnej medze obalu môže prejaviť až explóziou (podobne ako po nafúknutí vrecko úderom ruky exploduje). Vajce v škrupine dokáže explodovať tak silne, že vytrhne a odhodí dvierka z rúry a spôsobí jej kompletnú deštrukciu. Zohrievanie takýchto vecí môže byť extrémne nebezpečné. Záleží na pevnosti obalu ohrievanej potraviny a dĺžke zohrievania. Explodovať môžu aj párky a klobásky (pred zohrievaním je nutné prepichnúť obal), ale aj vajce len rozklepnuté do misky (je nutné narušiť žĺtok jeho rozmiešaním). V mikrovlnnej rúre zohrievame potraviny s nejakým obalom (šupkou, nádobkou) len veľmi opatrne.

Indukcia 
Mikrovlnné žiarenie je žiarením elektromagnetickým. Od kovových predmetov sa odráža, ale zároveň sa do neuzemnených kovových predmetov indukuje. Kovovými cievkami preto tečie elektrický prúd, ktorý sa môže prejaviť iskrením a výbojmi.

V mikrovlnke sa preto nesmú používať kovové predmety. Elektrické pole produkované magnetronom môže spôsobiť roztavenie drôtov, nahrievanie kovových predmetov, roztavenie kovových fólií. Celkom spoľahlivo zničí taniere s ozdobnými zlatými a striebornými prúžkami a reliéfmi. Tanier s vonkajším kovovým lemom (zlatý prúžok) dokáže až rozbiť. Niektoré kovové predmety sa nahrievajú a na dotyk môžu spôsobiť popálenie. Lyžica zabudnutá v tanieri sa pri dotyku s kovovou stenou rúry dokáže k tejto privariť.

Prehriatie 
Problémom je aj samotné ohrievanie vody v celom objeme. Za určitých okolností môže nastať situácia, že voda sa prehreje, ale nevrie (chemici to nazývajú skrytý var). Pri vyberaní nádoby, pri dotyku (pohybe), vložení lyžičky alebo pri dosypaní cukru, kávy a pod. prehriata voda prudko zovrie v celom objeme a unikajúce bubliny pary vyhodia vodu z nádoby – táto ako keby explodovala. Preto je lepšie zohrievať v rúre vodu s nasypanou kávou alebo čajom, nie iba samotnú vodu. Prímesi vo vode spôsobujú, že nemôže dôjsť k skrytému varu.

Nerovnomerné ohriatie 
Keďže mikrovlnná rúra zohrieva rýchlo, nedochádza k prenosu tepla vedením (na to treba určitú dobu podľa tepelnej vodivosti zohrievanej látky) a môže nastať situácia, že jedna časť zohrievanej látky je chladnejšia ako druhá. Tak isto rýchlosť ohrievania potravín je úmerná obsahu vody v nich – ak zohrievame viac jedál naraz, jedno sa zohrieva inak ako druhé. Preto je potrebné nechať zohrievaniu čas a po ukončení zohrievania chvíľu počkať, kým sa teplo rovnomerne rozptýli. Problémom je tiež overovanie teploty rukou – napr. zohriatie mlieka v dojčenskej fľaši z plastu môže spôsobiť, že fľaša je na dotyk ešte chladná (plasty sú zlé vodiče tepla), ale jej obsah je už vriaci.

Žiarenie 
Nebezpečný je únik žiarenia. V žiadnom prípade sa nesmie nijako narúšať bezpečnostný systém mikrovlnnej rúry a spúšťať rúra s otvorenými dvierkami. Môže dôjsť k popáleniu, ohrozené sú najmä oči. Akokoľvek poškodená rúra patrí do servisu. Rúra sa nesmie rozoberať a skúšať odkrytovaná. Amatérska skúška magnetronu „na stole“ môže mať fatálne následky.

Za a proti 
Napriek zdôrazneniu problémových miest v predchádzajúcom odstavci nie je táto technológia o nič nebezpečnejšia ako iné metódy varenia a ohrievania v domácnosti. Je oveľa bezpečnejšia ako napr. pečenie, kde sa dosahujú ďaleko vyššie teploty (až do 300 °C), pričom nebezpečná je aj rúra zvonku, alebo otvorené varenie na plyne, kde prevrhnutie nádoby s vriacou kvapalinou patrí k dosť častým, život ohrozujúcim úrazom v domácnosti.

Po uvedení mikrovlnky do používania v domácnostiach sa viedli polemiky o tom, či je zohrievanie v mikrovlnke rýchlejšie, efektívnejšie, či sa žiarenie prejavuje v potravinách, či je takéto varenie zdraviu škodlivé, alebo nie. Aj dnes má táto technológia zarytých odporcov. Na túto tému sa robili rôzne výskumy ktoré boli ukončené s tým, že mikrovlnné ohrievanie a varenie je (samozrejme pri zachovaní bezpečnostných pravidiel) bezpečne použiteľné v domácnostiach.

 Pri zohrievaní potravín v mikrovlnnej rúre sa na ohrev používa elektromagnetické žiarenie. Mikrovlny prenikajú celým objemom ohrievanej látky a odovzdávajú jej svoju energiu. Energia sa teda spotrebuje – premení na mechanickú energiu kmitania molekúl a tá zasa na tepelnú energiu ohrevu. Tento typ žiarenia nevytvára žiadne vedľajšie účinky a energia sa v plnom rozsahu spotrebuje (žiadne sekundárne žiarenie). Nedochádza k zmene štruktúry látky na atómovej úrovni. To, čo do rúry vložíme, to z nej aj vyberieme. Tento ohrev je teda bezpečný.
 Mikrovlny prenikajú celým objemom ohrievanej látky a odovzdávajú jej svoju energiu. Len látke – nie nádobe, nie okoliu. Energiu mikrovĺn absorbujú molekuly vody a preto riad a okolitý vzduch svoju teplotu zvyšujú len prevzatím tepla z ohriateho povrchu látky. Ohrev v mikrovlnnej rúre je preto ekonomický. Pri zohrievaní potravín v plynovej alebo elektrickej rúre sa využíva teplo plameňa pri horení zemného plynu, alebo teplo elektrickej špirály a to vo forme vyžiareného tepla, alebo sa využíva teplo z ohriateho okolitého vzduchu. Značná časť tepla teda slúži na ohrev nádoby, rúry a okolitého prostredia.
 Ohrievanie je rýchle, keďže sa zohrieva len látka a nevznikajú pri ňom tepelné straty. Ohrievame len tanier s už pripraveným hotovým jedlom, a nie celý objem jedla v hrnci. Ohrievame presne na danú teplotu tesne pred konzumáciou.
 Proti hovorí hlavne použitá technológia (mikrovlnné) žiarenie. Samotné slovo "žiarenie" vyvoláva negatívne asociácie v súvislosti s "rádioaktívnym žiarením". V týchto súvislostiach však nemajú tieto druhy žiarenia nič spoločné. (Lepší výraz by bol vlnenie). Rádioaktívne žiarenie je ionizujúce (rádioaktívne žiarenie je produktom rádioaktívneho rozpadu), mikrovlnné neionizujúce. Z tohoto hľadiska je mikrovlnné žiarenie blízke rádiovému vysielaniu, mobilným telefónom, bezdrôtovým sieťam a pod. Nie je preukázaná ich neškodlivosť, ale ani ich škodlivosť.
 Existujú obavy, že zariadenie sa spustí s otvorenými dvierkami, čo spôsobí ujmu na zdraví. Obvody spúšťajúce magnetron sú však elektricky (nie len signálovo) prepojené s vypínačmi – obvykle dvoma, ktoré sa zopnú, až keď sú dvierka zatvorené. Dokiaľ sa elektrický okruh neuzavrie, nie je možné zariadenie spustiť, ani pri prípadnej poruche riadiacej elektroniky.
 Ďalším argumentom odporcov je, že žiarenie mení potravinu resp. ostáva v ňom. Ako už bolo vysvetlené, žiarenie len magneticky rozkmitá vodu, ktorá sa následne trením o seba zahreje. Magnetické pole ako také nemení štruktúru látok a neostáva v nich.
 Odporcovia argumentujú rozpadom aminokyselín vitamínov a pod. vplyvom príliš silného a rýchleho lokálneho zahriatia potraviny (rýchle zohriatie na molekulárnej úrovni priamo v jadre aminokyseliny). Toto je však všeobecný problém tepelnej úpravy potravín. Horšie z takýchto úvah vychádza klasické pečenie pri vysokej teplote a grilovanie na uhlí, ktoré priamo vytvára voľné radikály.

Referencie

Iné projekty 

Mikrovlnné technológie
Domáce elektrospotrebiče
Kuchyňa