איך זה עובד: מיקרוגל
איזה חטיף התחיל את הכל, האם בארה"ב החימום במיקרו אחיד יותר, ולמה אסור להכניס מתכות? הסודות שמעבר לדלת נחשפים. טינג!
1945. מהנדס אמריקני בשם פרסי ספנסר עבד על אחד ממתקני המכ"ם המוקדמים, שהיה פעיל באותו זמן. פתאום הוא שם לב שחטיף שוקולד ובוטנים שהחזיק בכיסו נמס. פרסי הבין שמדובר בהשפעה כלשהי של פעולת המכ"ם, ומיהר לבצע ניסויים נוספים עם פופקורן ועם ביצה. כך נולד תנור המיקרוגל.
אגב, הביצה התפוצצה באחד הניסוייםבפרצופו של עמית סקרן מדי, וכך אירעה תאונת המיקרו הקלאסית הראשונה.
אז איך זה עובד?
תנורים רגילים פועלים באמצעות הפצה של חום לחלל תא החימום. מכיוון שהאוויר שבין גופי החימום למזון הוא מבודד חום יעיל למדי, הרבה זמן עובר והרבה אנרגיה הולכת לאיבוד עד שהמזון עצמו מגיע לטמפרטורה הדרושה. תנורי מיקרוגל, לעומת זאת, מפיצים קרינה אלקטרומגנטית בתדר שחולף דרך האוויר בלי בעיה (חישבו על המכ"ם שמבחין במטוסים ממרחק קילומטרים רבים), וגורמים למולקולות שבמזון לזוז – שזה בעצם חום – במינימום בזבוז, ולכן גם בזמן קצר. לפני שנגיע לתיאוריה, בואו נראה אילו רכיבים יש בתוך התנור עצמו.
בתמונה הבאה מוצג מיקרוגל ללא הכיסוי החיצוני. תא החימום נמצא בצד הרחוק מהמצלמה, והדלת משמאל (לא נראית).
חשיפה ישירה לקרינת המיקרוגל, במיוחד בעוצמות כאלה, מסוכנת ולכן תא החימום מוקף מכל הצדדים במתכת, או ברשתות מתכת עם חורים בקוטר מתאים, שלא מאפשרות לקרינה לברוח. עם זאת, צריך למנוע בכל מחיר ממשתמשים לא זהירים לפתוח את הדלת בזמן פעולה. לכן, מנגנון הסגירה של הדלת במיקרו שפירקתי כלל לא פחות מארבעה מפסקים נפרדים – שלושה שמופעלים על ידי תפס הדלת התחתון ואחד על ידי העליון. המפסקים מחוברים ביניהם כך, שמספיק שאחד מהם יישאר פתוח, והאנטנה שמשדרת את גלי המיקרו תפסיק מיד לעבוד. הנה המפסקים האפורים במצב פתוח (משמאל) וסגור (מימין). המפסק הרביעי ממוקם מאחורי התחתון, במקביל לו.
עיקר המשקל של תנור המיקרוגל מקורו בשנאי הגדול, שממיר את המתח הביתי הצנוע (220 וולט) למשהו שהאנטנה המפלצתית-לא-פחות יכולה לעבוד איתו. הערך המדויק לא צוין על השנאי, אך הקבל הגדול שמחובר אליו מיועד לעד 2100 וולט, כך שזה סדר הגודל. אפרופו, קבלים עצומים כאלה, שמסוגלים להחזיק מטען חשמלי ניכר גם כשהמכשיר מנותק, הם מסוכנים – ומי שלא יודע מה הוא עושה, שלא יתעסק איתם. ראו הוזהרתם.
על ממשק המשתמש של המיקרוגל שבתמונות לא נתעכב, כי הוא פשוט יחסית, ומזכיר מאד את זה של מכשירים אחרים שנתקלנו בהם בטורים קודמים של "איך זה עובד". מיקרו-בקר קטן אוסף קלט ממטריצת לחצנים, מציג את השעה או את זמן הבישול על גבי מסך VFD בעל אלמנטים מאירים, ומפעיל או מכבה את האנטנה בהתאם לצורך.
רכיב אחר שכן כדאי להעיף בו מבט הוא המנוע שמסובב את צלחת הזכוכית: במקרה שלפנינו, זהו אינו מנוע כמו שמוצאים במדפסות, למשל, אלא מנוע AC חזק, איטי מאד וחרישי שניזון ישירות מהחשמל הביתי. קצב הסיבוב שלו מוכתב על ידי התדר של רשת החשמל, כפי שמציין הכיתוב שעליו: 50/60Hz, 5/6 RPM. המשמעות היא שבישראל, הצלחת תשלים סיבוב שלם מדי 12 שניות, ואילו בארצות הברית, למשל, מיקרוגל בעל מנוע זהה יסובב את הצלחת מדי עשר שניות, והחימום יהיה לפיכך אחיד (קצת) יותר.
נשאלת השאלה, בשביל מה צריך את הצלחת המסתובבת? האם הקרינה האלקטרומגנטית לא ממלאת את כל חלל התא בצורה שווה? ובכן, היא נמצאת בתא, אך כגל עומד (אפקט של גל שלא נע קדימה ואחורה אלא רק עולה ויורד; הוא נוצר בשל אופן הפעולה של האנטנה ומבנה התא). בין פסגה לפסגה של הגל הזה מפרידים כ-12 סנטימטרים, וזהו גם הרווח שבין מוקדי החימום בפועל – כפי שמוכיחים ניסויים רבים עם שוקולד ומרשמלו שחוממו בתבנית לא מסתובבת.
שאלה חשובה נוספת היא מנין האיסור החמור על הכנסת מתכות למיקרו. הרי תא החימום עצמו עשוי מתכת, ויש אפילו מיקרוגלים משולבים עם גופי חימום רגילים ועם רשתות מתכת. התשובה היא שלא המתכת כשלעצמה מסוכנת, אלא הצורה שלה. כאשר פיסת מתכת באורך או בצורה מסוימים נחשפת לקרינת המיקרוגל, היא הופכת בעצם לאנטנה: נוצר בה הפרש מתחים חשמלי, וזרם שאין לו לאן להתנקז.
מצב כזה עלול לגרום לניצוצות, ליצירת פלזמה (וגזים שלא כדאי לנשום), לחום עז שיכול לנתץ כלים – ואפילו להחזר של אנרגיה לתוך האנטנה המקורית שיגרום להריסתה.
אגב, החזר כזה נוצר גם כשאין בתנור מה שיספוג את הקרינה, ולכן אסור להפעיל מיקרוגל ריק, ומומלץ גם לשים כוס עם קצת מים כשמחממים משהו קטן.
ועכשיו אנחנו מגיעים ללב המכשיר – אנטנת המיקרוגל, שנראית כמו משהו מסרט מדע בדיוני ישן ומתהדרת בשם הסקסי "מגנטרון".
במגנטרון אין חלקים נעים. הוא מריץ אלקטרונים בעוצמה גבוהה בין ציר מרכזי מחומם לבין מבנה מתכת גלילי שמקיף אותו, כאשר הצורה המדויקת של המבנה והמגנטים שמקיפים את הגליל גורמים לאלקטרונים הנעים ליצור קרינה אלקטרומגנטית בתדר של כ-2.45 גיגהרץ. הקרינה מנותבת לתוך חלל תא החימום דרך פיסת קרטון או חומר לא-מוליך אחר. פלטות המתכת בתמונה למעלה מיועדות לפיזור חום עודף, והרשת הזהובה הצפופה בולטת מעט ומונעת מעבר של קרינה לא רצויה דרך הרווח הצר (מאד) שנותר בין המגנטרון לגוף המיקרוגל.
והשאלה האחרונה שכולם שואלים, ויתווכחו עליה מן הסתם גם בתגובות: איך בדיוק הקרינה מחממת את האוכל? האם היא מרטיטה את מולקולות המים שבאוכל? ובכן, לא בדיוק. התהליך נקרא "חימום דיאלקטרי", והוא מבוסס על כך שלמולקולות מים, ולמבנים מולקולריים סוכריים ושומניים מסוימים, יש קצה חיובי וקצה שלילי מבחינה חשמלית. קרינת המיקרוגל יוצרת בחלל התא שדה חשמלי, והמולקולות מנסות להתיישר לפי השדה הזה, כמו שקטבי מגנט מנוגדים נמשכים האחד לשני. אלא שהשדה החשמלי מתנודד בקצב גבוה מאד, ואיתו גם המולקולות. כאשר מולקולות זזות ומתנגשות זו בזו, נוצר חום.
