Absorcion del agua por microondas
Las microondas son ondas electromagnéticas que se sitúan entre los rayos infrarrojos.
Las microondas se generan en tubos de vacío que operan teniendo en cuenta el movimiento balístico de un electrón en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, entre los cuales se incluye el magnetrón.
Las microondas tienen muchas aplicaciones como cocinado de alimentos (Horno de microondas), que consta de un transformador que pasa energía a un magnetrón (tubo de vacío que genera microondas), una guía de ondas y una cámara de cocción. Esta cámara de cocción es lo que se llama jaula de Faraday y previene que las ondas se escapen al entorno. La mayoría de los alimentos contienen moléculas de agua, que son polares (esto quiere decir que tienen un extremo de carga positiva y otro de carga negativa). Las ondas de microondas generadas por un magnetrón crean un campo electromagnético que mueve las moléculas de agua orientándolas en una dirección. Luego el campo electromagnético se invierte y todas las moléculas de agua se orientan en la otra dirección. Estas inversiones de campo electromagnético suceden muy de prisa, a razón de unas 2000 millones de veces en un segundo. Las moléculas entonces se agitan produciendo calor de forma que los alimentos se calientan por la agitación de las moléculas de agua. r
La interacción más inmediata es entre la radiación incidente y las partículas cargadas que existen en el material, como pueden ser electrones libres, protones (hidrógeno), iones... Estas partículas son directamente estimuladas a seguir el campo eléctrico, como se dijo antes en un sentido y otro según sea su carga eléctrica negativa o positiva. Así pues, son aceleradas según la dirección del campo eléctrico .
Puesto que la radiación incidente consiste ni mas ni menos en un campo eléctrico oscilante las partículas cargadas tratan de seguir esa oscilación, así que resultaría un movimiento oscilatorio mecánico, atrás y adelante, producido por la fuerza de coulomb. En la práctica, esto sólo es posible para ciertas frecuencias, dependiendo de la masa de las partículas que se consideren. Así, los electrones resonaran a frecuencias superiores a los iones, puesto que su masa es muchísimo menor.
También las distintas cargas están sujetas a interacciones con otras cargas y partículas del material, que les impiden moverse libremente de acuerdo al campo eléctrico externo, de forma que se produce una fricción o amortiguamiento, tal y como se ha comentado. Esta sería la interacción más básica entre la radiación y la materia, pero no es la que produce el calentamiento del agua en el microondas.
La molécula del agua es polar, y debido a la distribución de la nube de electrones en la molécula, eléctricamente puede considerarse como asociación de dos cargas de signo opuesto, separadas por una cierta distancia. Esto es lo que se llama dipolo eléctrico.
Ante un campo oscilante trata de no trasladarse en una dirección y luego en otra (ese efecto desaparece puesto que el dipolo tiene dos cargas que tratan de hacer cosas opuestas) sino que tiende a girar y colocarse en cierta posición, paralela al campo eléctrico. Si el campo eléctrico varía de sentido continuamente, el dipolo tratara de seguir el ritmo, rotando sobre si mismo en un sentido y otro. Así pues tenemos otro péndulo como el de antes, pero este no se traslada atrás y adelante sino que rota en un sentido y otro repetidamente. Es como los péndulos de un reloj de pared y el péndulo giratorio de un reloj de pulsera mecánico. Por supuesto, el dipolo, o sea el agua, también esta sujeta a amortiguamiento y le cuesta seguir el ritmo de cualquier campo. gracias a eso tenemos el horno de microondas. El agua absorbe energía del campo para ponerse a oscilar, y debido a colisiones, choque térmicos con otras moléculas del material, pierde esa energía, que se transforma en calor, y vuelve a absorber energía del campo para seguir oscilando. El resultado final es cierto porcentaje de la energía aportado por el campo aplicado (las microondas) que se transforma en calor en el material expuesto, usando las moléculas polares del agua como intermediarias en el proceso.
A la frecuencia del horno de microondas (2.45 GHz) el agua sigue bastante bien el ritmo, lo que permite que la energía de la radiación penetre más profundamente en el material, calentándolo más uniformemente en volumen. De hecho, las microondas atraviesan los alimentos y el horno se fábrica de forma que la radiación se refleje de vuelta y pase varias veces hasta que sea mayormente absorbida.
Por supuesto desde que cesa el campo excitante, el movimiento se detiene ( pero el calor generado por las colisiones propiciadas por el movimiento a calentado el material).
Cabe mencionar que los platos, vasos y otros recipientes no se calientan en el microondas porque básicamente carecen de moléculas polares, dipolos eléctricos que actúen como el agua produzcan movimiento térmico. Así que las microondas pasan a través de ellos porque son transparentes a esas frecuencias.
Contribución de: Carlosmiranda (discusión) 23:24 20 nov 2020 (CST)
