Oven microwave - Momen Dipol ketika Bekerja

Dalam 30 tahun terakhir oven microwave telah menjadi alat di mana-mana. Teknologi microwave memungkinkan kita untuk mencairkan dan memasak makanan jauh lebih cepat daripada peralatan konvensional. Bagaimana microwave memanaskan makanan begitu cepat?

Dalam Bab 7 kita melihat bahwa gelombang mikro adalah bentuk radiasi elektromagnetik (lihat Gambar 7.3). Gelombang mikro dihasilkan oleh magnetron, yang ditemukan selama Perang Dunia II ketika teknologi radar sedang dikembangkan. Magnetron adalah silinder berlubang yang terbungkus magnet berbentuk tapal kuda. Di tengah silinder adalah batang katoda. Dinding silinder bertindak sebagai anoda. Saat dipanaskan, katoda memancarkan elektron yang bergerak menuju anoda. Medan magnet memaksa elektron untuk bergerak di jalur melingkar. Gerakan partikel bermuatan ini menghasilkan gelombang mikro, yang disesuaikan dengan frekuensi 2,45 GHz (2,45 x 10⁹ Hz) untuk memasak. "Waveguide" mengarahkan gelombang mikro ke kompartemen memasak. Bilah kipas yang berputar memantulkan gelombang mikro ke semua bagian oven.

Tindakan memasak dalam oven microwave dihasilkan dari interaksi antara komponen medan listrik dari radiasi dengan molekul polar — biasanya air — dalam makanan. Semua molekul berputar pada suhu kamar. Jika frekuensi radiasi dan rotasi molekulnya sama, energi dapat ditransfer dari microwave ke molekul polar. Akibatnya, molekul akan berputar lebih cepat. Inilah yang terjadi dalam gas. Dalam keadaan terkondensasi (misalnya, dalam makanan), sebuah molekul tidak dapat melakukan rotasi bebas. Namun demikian, masih mengalami torsi (gaya yang menyebabkan rotasi) yang cenderung menyelaraskan momen dipolnya dengan bidang osilasi dari microwave. Akibatnya, ada gesekan antar molekul, yang muncul sebagai panas dalam makanan.

*Keterangan Gambar: Interaksi antara komponen medan listrik microwave dan molekul polar. (a) Ujung negatif dipol mengikuti rambat gelombang (wilayah positif) dan berputar searah jarum jam. (b) Jika, setelah molekul telah berputar ke posisi baru radiasi juga telah pindah ke siklus berikutnya, ujung positif dari dipol akan pindah ke wilayah negatif gelombang sementara ujung negatif akan didorong ke atas. Dengan demikian, molekul akan berputar lebih cepat. Tidak ada interaksi seperti itu dapat terjadi dengan molekul nonpolar.

Alasan mengapa oven microwave dapat memasak makanan begitu cepat adalah karena radiasi tidak diserap oleh molekul nonpolar dan karenanya dapat mencapai bagian makanan yang berbeda secara bersamaan. (Tergantung pada jumlah molekul air yang ada, gelombang mikro dapat menembus makanan hingga beberapa inci.) Dalam oven konvensional, panas dapat memengaruhi pusat makanan hanya dengan konduksi (yaitu, dengan memindahkan panas dari molekul udara panas ke molekul dingin dalam makanan dengan cara lapis demi lapis), yang merupakan proses yang sangat lambat.

Poin-poin berikut ini relevan untuk pengoperasian oven microwave. Peralatan plastik dan gelas Pyrex tidak mengandung molekul polar dan karenanya tidak terpengaruh oleh radiasi gelombang mikro. (Styrofoam dan plastik tertentu tidak dapat digunakan dalam gelombang mikro karena meleleh dari panas makanan.) Namun, logam memantulkan gelombang mikro, sehingga melindungi makanan dan mungkin mengembalikan energi yang cukup ke penghasil gelombang mikro untuk membebani terlalu banyak. Karena gelombang mikro dapat menyebabkan arus dalam logam, tindakan ini dapat menyebabkan percikan api antara wadah dan bagian bawah atau dinding oven. Akhirnya, meskipun molekul air dalam es terkunci pada posisinya dan karena itu tidak dapat berputar, kita secara rutin mencairkan makanan dalam oven microwave. Alasannya adalah bahwa pada suhu kamar lapisan tipis air cair dengan cepat terbentuk pada permukaan makanan beku dan molekul bergerak dalam lapisan tersebut dapat menyerap radiasi untuk memulai proses pencairan.

Sebuah oven microwave. Gelombang mikro yang dihasilkan oleh magnetron dipantulkan ke semua bagian oven oleh bilah kipas yang berputar.