VHF(Как зажарить мамонта в микроволновке)

Зажарить мамонта в
микроволновой печи??!!
ЛЭШ - 2006
Да, было, было!.. Помнят московские
старожилы знаменитого Грибоедова! Что
отварные порционные судачки! А стерлядь,
стерлядь в серебристой кастрюльке, стерлядь
кусками, переложенными раковыми шейками
и свежей икрой? А яйца-кокотт с
шампиньоновым пюре в чашечках? А
филейчики из дроздов вам не нравились? С
трюфелями? Перепела по-генуэзски?
М. Булгаков
Мастер и Маргарита
Способы приготовления пищи
За всю историю человечества придумано всего
ДВА принципиально разных способа
приготовления пищи:
1.
Прогрев пищи путем непосредственной
теплопередачи (возможно с привлечением
конвекции).
(варка на пару, варка в кастрюле)
2.
Прогрев пищи путем
облучения.
(жарка шашлыка на углях)
инфракрасного
Лирическое отступление
•
•
•
•
•
•
Майкл Фарадей (1791-1867)
Время: 1831 год
Место: Англия
Открытие:
закон электромагнитной индукции
Суть: в проводнике, помещенном в
переменное магнитное поле, возникают
вихревые (замкнутые) индукционные
токи, называемые токами Фуко. В
результате их протекания выделяется
тепло. При определенных частоте и
амплитуде изменения магнитного поля
тепла оказывается достаточно для
плавления металлов
Результат:
появление электроплавильных печей
А через 100 лет…
•
•
•
•
•
Время: 60е годы ХХ-го века
Место: околоземная орбита
Проблема:
недостаточное
питание
космонавтов “из тюбиков”
Но: земные способы готовки не
подходят из-за
– необходимости кислорода
– невесомости (почему? :) )
Выход: появление кухонного аналога
электроплавильной печи (все продукты
во многом состоят из воды, вода –
электролит, значит проводит ток!)
Переменное магнитное поле? –
Электромагнитные волны!
Что общего у СВЧ-печи и скрипки?
При создании печи стояло 2 проблемы:
1. Не всякая э/м волна зажарит кусок мяса
(светить на отбивную фонариком
бесполезно, максимум - она позеленеет. :))
2. Волну, способную зажарить мясо, надо
куда-то “запереть”, чтобы она не
натворила бед.
Куда? – В резонатор (как звук в скрипке)
Требования к резонатору:
– на длине “ящика” должно
укладываться целое число длин
полуволн
– “ящик” должен быть металлическим
Венец творения
Резонатор + миниатюрные излучатели =
СВЧ-печь!
(СВЧ – сверхвысокочастотное
излучение)
Параметры:
• стандартная частота излучения:
ν = 2450 МГц
• длина волны: λ = с/ν ≈ 12,2 см
Не работает!
Положим в печь (в специальной посуде!)
большой замороженный кусок мяса. Включим
печь. Что будет?
Мясо снаружи зажарилось, а внутри даже не
разморозилось. Почему?
Версии:
• неравномерное распределение э/м поля внутри
печи
Но: столик вращается, что приводит
усреднению действия свч-поля по объему
• скин-эффект…
к
Скин-эффект
Скин-эффект – свойство высокочастотных токов протекать лишь в
поверхностном слое проводника.
Причина: э/м поле, попав внутрь проводника, приводит в движение
электроны, возникают токи, энергия волны расходуется на тепловые потери
Результат: глубина проникновения поля в проводник зависит от частоты и
удельной проводимости проводника следующим образом
 
2
0
0  4  107 (Ом  с)/м  12,56  107 (Ом  с)/м - магнитная постоянная
σ – удельная проводимость проводника
ω – частота внешнего поля
Мамонта в студию!
 
2
0
0  4  10 7 (Ом  с)/м
СВЧ-печь: ω = 2450 МГц
Удельная проводимость меди (хорошего проводника): σ = 6x107 Ом-1 х м-1
Глубина проникновения для меди:
 медь 
2  3,14  10 7
2
6
4

4,6

10
м

4,6

10
см
6
7
 2450  10  6  10
Удельная проводимость мышечной ткани: σ = 2,5 Ом-1 х м-1
Для мамонта в СВЧ-печи глубина проникновения :
 мамонт 
2  3,14  10 7
2
 0, 023м  2,3см
6
 2450  10  2,5
Поджарится только кожа!!!
Сварить яйцо просто?
•
•
Задача: сварить в микроволновке яйцо
Ход процесса:
– поместим яйцо в печь
– включим печь
– по жидкому содержимому внутри
яйца начинают течь токи Фуко
– содержимое резко нагревается
– давление повышается
– скорлупа лопается
– ВЗРЫВ!!!
•
•
Что произошло? ;)
Выход: варить яйцо, ПОЛНОСТЬЮ
погрузив его в воду
Как же оно работает?
Rпродукта  Rвнутреннее  Rпаразитное
Мощность, выделяемая на источнике:
Pист   I  



Rвнутр 

Rвнутр

Rвнутр 
Rпродукта

Rпродукта
1
Rпаразит
Rпродукта
10

Rпаразит  Rпродукта
Rпаразит  Rпродукта



Rвнутр
Rвнутр  Rпродукта
Pист 


2
2Rвнутр
Rпродукта

Rпродукта
1



2R
1 кВт
внутр



2
2Rвнутр
Как же оно работает?
Rпродукта  Rвнутреннее  Rпаразитное
Тепловые потери на внутреннем сопротивлении и
самом продукте:
Pвнутр 
U
2
внутр
Rвнутр
 2 
2

Rвнутр


2
4Rвнутр


2
4Rпрод
 Pпрод
Pист
 0,5 кВт
2
Pвнутр  Pпрод 
Тепловые потери на паразитном сопротивлении:
Pпаразит 
U
2
паразит
Rпаразит
 2 
2

Rпаразит


2
4Rпаразит
Pпаразит  0


2
4
0
Включим пустую печку?..
Rпродукта  , Rвнутреннее  Rпаразитное
Тепловые потери на внутреннем сопротивлении:
пустой
внутр
P
I
2
внутр
 Rвнутр
 

 Rпараз

2

  Rвнутр  2Pист

 Rвнутр

 Rпараз

пустой
Pвнутр
 Pвнутр
Тепловые потери на паразитном сопротивлении:
пустой
2
Pпаразит
 Iпаразит
 Rпаразит 

2
Rпаразит
 4Pпаразит
пустой
Pпаразит
 4Pпаразит
Включение пустой печи ведет к выходу из строя
излучающих элементов!!!
2



Гусь, запеченный в фольге?
Rпродукта  0, Rвнутреннее  Rпаразитное
Тепловые потери на внутреннем сопротивлении:
фольга
внутр
P

2
Uвнутр
Rвнутр


2
Rвнутр
 4Pвнутр
фольга
Pвнутр
 4Pвнутр  2Pист  2кВт
Металлические предметы,
помещенные в камеру
микроволновой, печи приводят к
короткому замыканию
генератора!!!
Труба зовет!
Оцените, глубоко ли проникают радиоволны в мозг говорящего по
сотовому телефону GSM?
ν ~ 1800 МГц
 
2
0

2
 0, 027 м  2,7см
7
6
2  3,14  10  1800  10  2,5
Спасибо за внимание!