¿Por qué usamos microondas en el horno de microondas?

En los hornos de microondas, lo que importa es cuánta energía transporta la radiación y cómo esa energía es absorbida por los alimentos. La mayoría de los alimentos absorben rápidamente la luz visible y los infrarrojos, por lo que solo calentarían la capa exterior de los alimentos. Obtendrías comida con el exterior carbonizado y el interior crudo.

Los alimentos absorben mucho menos las microondas, por lo que penetran profundamente en los alimentos y pueden calentar el interior. Incluso los objetos grandes no se calentarán por completo, lo cual es una de las razones por las que las instrucciones de cocción con microondas a menudo recomiendan un proceso de calentamiento de varias etapas, dejando reposar la comida y luego calentándola por última vez.

Los hornos de microondas a menudo incluyen calentamiento por infrarrojos además del calentamiento por microondas. Esto se hace para obtener comida con un exterior dorado y caliente por completo.

Las respuestas a ¿Por qué los hornos de microondas usan radiación con una longitud de onda tan larga? dé una buena discusión de por qué se eligió la longitud de onda exacta utilizada. Las frecuencias comúnmente utilizadas en hornos de microondas son 2,45 GHz (12 cm) para hornos domésticos y 915 MHz (38 cm) para hornos industriales. Las frecuencias mucho más altas no se utilizan debido al costo del magnetrón, mientras que las frecuencias mucho más bajas no funcionarían porque las longitudes de onda serían demasiado grandes para permitir que entre la mitad de la longitud de onda en el horno.

Finalmente dices:

¿Por qué usamos microondas en el horno de microondas cuando la luz visible e infrarroja son mucho más calientes y cómo las microondas cocinan los alimentos cuando están más frías que la luz visible y otros?

Pero esto es un pequeño malentendido. De hecho, la longitud de onda de la luz emitida está relacionada con la temperatura de la fuente, pero la luz en sí misma no tiene realmente una temperatura en el sentido en que la tiene la materia. La luz transfiere energía, y si esta energía es absorbida calentará la comida. Sin embargo, la cantidad de calentamiento solo está relacionada con la intensidad de la radiación EM y la sección transversal de absorción. La longitud de onda hace una diferencia solo en la medida en que afecta la sección transversal de absorción.

Las longitudes de onda más cortas tienden a absorber y calentar la capa exterior del objeto. El microondas usa una longitud de onda larga para penetrar en el interior y también usa la propiedad del momento dipolar de la molécula de agua para calentar cosas, no calienta directamente al dejar que el objeto absorba energía.

Si solo usáramos una longitud de onda corta, entonces la comida solo podría quemarse por fuera y permanecer cruda por dentro.

Tanto la luz visible como la IR se utilizan para cocinar. La luz visible se usa en hornos solares (básicamente espejos que concentran la luz solar en un alimento). La luz IR se usa en un horno normal (las paredes del horno se calientan, lo que hace que irradien una cantidad significativa de calor como IR); Las parrillas usan el mismo enfoque, solo que con temperaturas más altas. Si alguna vez ha horneado o asado a la parrilla algo envuelto en papel de aluminio, el punto es excluir la radiación IR (y confiar en el calentamiento del aire).

Entonces, la primera parte de la respuesta a su pregunta es bastante simple: si los hornos de microondas usaran luz visible o IR, no los llamaríamos hornos de microondas, solo hornos.

Pero los hornos de microondas no se vendieron como "esto es mucho más asombroso, ¡porque usa microondas !". El punto de venta de los hornos de microondas es que calientan la comida con una entrada de energía más baja. Esto requiere dos cosas; primero es la eficiencia de conversión: cuánta electricidad se necesita para producir la radiación. Sin embargo, un horno simple (de gas o eléctrico) es difícil de superar en ese aspecto: es muy cercano al 100 % de eficiencia, ya que el calor residual es lo que causa el calentamiento. Los hornos de microondas están construidos para usar fuentes de radiación que sean lo más eficientes posible (sin interferir con otros dispositivos eléctricos), pero aún son menos eficientes que un trozo de cable resistivo o una bombilla común.

Entonces, si los hornos de microondas no son más eficientes en la conversión de energía, ¿cómo es que son mucho más rápidos para calentar alimentos? Su punto de venta (además de cosas como el tamaño y el peso pequeños) era que calientan la comida, no el recipiente, el horno, el aire y... Esto no parece tan importante, pero en realidad es una muy Vaya cosa. Los hornos necesitan mucha energía para calentarse; no es gran cosa si está cocinando algo durante ocho horas, o si prepara muchas comidas (por ejemplo, hornos de pizza en un restaurante), pero si solo quiere calentar una comida rápida, la mayor parte de la energía se desperdicia. Las estufas necesitan calentar la sartén y, por supuesto, incluso cuando solo está recalentando una comida, a menudo necesita calentar un poco más de agua (y vaporizar la mayor parte, para que la comida no esté empapada).

¿Son los microondas especialmente adecuados para esta tarea? Un poco. Los utensilios de cocina no los absorben fácilmente y ni siquiera se dispersan demasiado (en comparación, por ejemplo, con la luz visible que se refleja en un plato blanco). Al mismo tiempo, se absorben muy bien tanto en agua como en grasas, y la mayoría de nuestros alimentos están llenos de agua. Así que definitivamente quieres radiación de onda muy larga. ¿Cuánto tiempo? Eso depende de otras restricciones. Las ondas demasiado largas significan que el horno se vuelve demasiado grande, y uno de los grandes beneficios de los hornos de microondas es que son electrodomésticos muy pequeños. Muchas bandas de frecuencia de radiación de onda larga ya se utilizan para la comunicación: radios, Wi-Fi, teléfonos móviles... así que no querrás interferir con eso. También debe evitar inducir corriente en los cables fuera del microondas. Las ondas cortas son mucho más difíciles de producir con el equipo: una radio es más eficiente energéticamente que un microondas, y la luz visible es aún peor. Un ingeniero real que se ocupa de los hornos de microondas probablemente podría decirte cientos de restricciones de la parte superior de su cabeza :)

Las moléculas de agua en los alimentos absorben muy eficientemente las microondas. Las moléculas de agua son pequeños dipolos eléctricos que se mueven a frecuencias de microondas (GHz) cuando están en estado líquido. Las microondas resuenan con este movimiento ondulante. Las moléculas de agua están en todas partes en nuestros alimentos y bebidas, por lo que a través de ellas el resto de los componentes de los alimentos se calientan por conducción. En el hielo, las moléculas se mueven a frecuencias de kHz, razón por la cual descongelar en un horno de microondas realmente no funciona.