Lò vi sóng hoạt động như thế nào?

Lò vi sóng có thể nấu chín thức ăn siêu nhanh hay làm nóng đồ ăn lạnh chỉ trong vòng một phút hoặc ít hơn. Nhưng phát minh vĩ đại này hoạt động như thế nào? Trong bài báo này, chúng ta sẽ khám phá khoa học đằng sau một trong những món đồ gia dụng mang tính cách mạng của thế kỷ 20.

>>> Chuyện gì sẽ xảy ra nếu đặt vật bằng nhôm vào lò vi sóng?

Sóng vi ba (vi sóng) là một dạng năng lượng

Sóng vi ba (vi sóng) là một loại sóng điện từ có thể truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng. Chúng ta không thể nhìn thấy vi sóng, nhưng nếu có thể, ta sẽ thấy bên trong lò vi sóng khi nấu sáng bừng như đèn pha.

Sóng vi ba có bước sóng ngắn hơn sóng radio nhưng dài hơn tia hồng ngoại. Loại vi sóng thường được dùng để nấu ăn có bước sóng khoảng 12cm. Với độ dài như vậy, sóng vi ba có thể được hấp thụ bởi hầu hết các loại thức ăn. Nhưng các hạt của vi sóng, được biết với cái tên photon, không có đủ năng lượng để phá hủy phân tử và gây ra các bệnh ung thư như tia cực tím hay tia X.

Thang sóng điện từ

Lò vi sóng

Bên trong lò vi sóng có một bộ phận gọi là magnetron. Nó là một ống kiểm soát điện từ, giúp biến điện năng thành sóng vi ba. Để cung cấp năng lượng cho magnetron, lò vi sóng có một máy biến thế với chức năng thay đổi dòng điện trong nhà với hiệu điện thế tiêu chuẩn 120V/220V lên điện áp 4000V hoặc cao hơn. Điện áp này làm nóng sợi dây tóc (filament) đặt ở giữa magnetron, làm bắn ra các electron.

Electron bắn ra khi sợi filament bị làm nóng

Các electron sẽ bắn ra theo đường thẳng tới một a nốt, hay cực dương, bao xung quanh sợi dây tóc, nhưng hai vòng nam châm ở trên và dưới a nốt sẽ bẻ dòng electron ngược trở lại sợi dây tóc và làm chúng bay theo đường tròn.

Nam châm bẻ cong dòng electron ngược trở lại

Sóng vi ba sẽ được phát ra khi các tia electron quét qua các lỗ hổng trên a nốt.

Các hốc trên cực a nốt hình tròn tạo ra vi sóng khi bị dòng electron quét qua

Nó giống như thổi hơi ngang qua miệng của một chai thủy tinh. Nhưng thay vì tạo ra tiếng huýt sáo do tần số thay đổi, thì ở đây các sóng dao động sẽ được phát ra ở một tần số nhất định, thường là khoảng 2.45GHz. Các vi sóng sinh ra sẽ được truyền tới khoang nấu bằng một ăng ten. Ở đó chúng sẽ di chuyển qua lại để thấm dần vào thức ăn.

Ở cửa lò vi sóng có đặt một tấm lưới kim loại có thể phản xạ lại sóng vi ba như một tấm gương và giữ cho nó không bị lọt ra ngoài. Mắt tấm lưới này đủ nhỏ để vi sóng không thể thoát ra nhưng cũng đủ lớn để ánh sáng lọt qua được, nhờ đó ta có thể nhìn thấy được thức ăn đang nấu bên trong.

Hầu như tất cả các lò vi sóng đều có một bàn xoay bằng kính để xoay tròn thức ăn, nhờ đó lượng nhiệt sẽ được phân bổ đều. Nếu không được di chuyển như vậy, món ăn của bạn sẽ chỗ sống chỗ chín.

Sóng vi ba làm chín thức ăn như thế nào?

Khi ta ấn nút khởi động, thường chỉ mất 2 giây để lò vi sóng làm nóng sợi dây tóc bên trong ống magnetron. Vi sóng sinh ra sau đó sẽ được thổi vào khoang nấu.

Với tần số thường là 2.45GHZ, sóng vi ba dễ bị hấp thụ bởi nước, chất béo và đường. Các sóng bên trong lò sẽ được phát ở đúng tần số để có thể đi sâu vào trong thức ăn và truyền hầu hết năng lượng cho lượng nước bên trong thực phẩm. Các loại chất rắn ít nước hầu như không hấp thụ sóng vi ba. Đó là lý do tại sao các hộp đựng dành riêng cho lò vi sóng không bị nóng lên như thức ăn bên trong nó.

Sóng vi ba làm nóng đồ ăn bằng cách xoay các phân tử nước qua lại. Những phân tử này có một đầu tích điện âm và một đầu tích điện dương. Một phân tử nước đơn lẻ có hình dáng như đầu chú chuột Mickey. Bạn có thể tưởng tượng phân tử oxy tích điện âm là mặt của Mickey, và hai phân tử hidro nhỏ tích điện dương là hai tai của chú.

Đầu tích điện dương của phân tử nước luôn cố gắng hướng theo điện trường của lò vi sóng, trong khi đầu tích điện âm chỉ theo hướng ngược lại. Nhưng bởi vì điện trường đảo ngược 2,5 tỷ lần trong một giây, nên đầu của chú chuột Mickey sẽ bị xoay như chong chóng. Và trong quá trình xoay qua xoay lại, các phân tử nước sẽ cọ xát vào nhau. Điều này tạo ra ma sát, là nguồn sản sinh nhiệt năng.

Một chiếc lò vi sóng có thể nấu chín thức ăn nhanh hơn lò nướng thông thường bởi vì nó làm nóng cả bên trong và bên ngoài thực phẩm cùng một lúc. Một chiếc lò nướng hoặc chảo rán lúc đầu chỉ làm nóng bề mặt của thức ăn, sau đó nhiệt mới tiến dần vào bên trong. Nhưng vì chỉ có thức ăn nóng lên còn không khí bên trong lò vi sóng vẫn ở nhiệt độ phòng, nên món ăn sẽ không thể có màu nâu hay giòn như khi được chế biến bằng các phương pháp khác.