¿Qué hace que el queso sea tan eficaz para absorber las microondas?

Cada vez que pongo una comida en el microondas que contiene queso, ¿por qué el queso se calienta antes de que el resto de la comida se caliente por completo?

@AMS Está relacionado pero pregunta algo diferente. La otra pregunta es por qué el queso se siente más caliente, lo que probablemente tenga que ver con el área de superficie de contacto entre el queso derretido en comparación con el pan. Por otro lado, esta pregunta supone que el queso en realidad está más picante.
Reabrí esta pregunta porque no es un duplicado. La pregunta ¿Por qué el queso de la pizza parece más picante que la masa? no aborda la tasa de calentamiento de una comida que contiene queso. Esta pregunta pregunta específicamente por qué la tasa de aumento de temperatura del queso es más alta que la del resto de la comida.

Respuestas (3)

Es porque el queso tiene una buena combinación de agua y grasa. El agua es importante ya que el microondas le transfiere energía haciendo vibrar las moléculas de agua. Por otro lado, los aceites, en general, tienen un calor específico más bajo (en comparación con el agua). Esto significa que dada la misma cantidad de calor, el cambio de temperatura es mayor para la grasa que para el agua. Puedes ver en esta tabla como normalmente los alimentos grasos tienen mayor calor específico. Además, los aceites tienen puntos de ebullición más altos, por lo que el queso puede alcanzar una temperatura superior 100   ∘ C .

Editar

Tanto los aceites vegetales como los animales están hechos de moléculas no polares . Esto significa que los aceites no se pueden calentar de manera efectiva mediante calentamiento dieléctrico (absorción por microondas). Si consideramos el caso límite en el que el aceite no absorbe las microondas en absoluto, entonces cualquier combinación de agua y aceite (mezcla) supera al aceite puro a la velocidad de calentamiento bajo las microondas. La mezcla, en este caso, se calienta porque el agua está absorbiendo microondas y está cediendo calor al aceite por conducción térmica. Por otro lado, para comparar los rendimientos de la mezcla y el agua pura, debemos tener en cuenta el calor específico de ambas sustancias. Si el calor específico de la mezcla es suficientemente menor que el calor específico del agua, entonces el primero superará al segundo en el calentamiento por microondas.

¿Podemos calentar aceite en un microondas? La molécula de los aceites, en general, puede tener un momento dipolar distinto de cero, pero es tan pequeño que el factor de pérdida dieléctrica del aceite es aproximadamente una centésima parte del del agua. Recuerde que el factor de pérdida dieléctrica expresa aproximadamente el grado en que un campo eléctrico aplicado externamente se convertirá en calor. En general, depende de la frecuencia de la radiación y, para el agua, es máxima en 2.45 GRAMO H z , la frecuencia de la mayoría de los hornos de microondas. Mediante un simple experimento casero, se puede verificar fácilmente que la conducción juega un papel importante. Trate de conseguir algunos recipientes que respondan de manera diferente a las microondas, es decir, pruebe cómo se calientan los recipientes vacíos. Luego separe uno que no se caliente y uno que sí se caliente. Rellénalos con la misma cantidad de aceite y déjalos en el horno de microondas por la misma cantidad de tiempo. El aceite en el recipiente que interactúa con el microondas estará mucho más caliente. La explicación es que el aceite se calentaba principalmente por conducción. Tenga en cuenta que en una mezcla homogénea de aceite y agua (como un queso) esta conducción se optimiza.

Entonces, ¿el agua permite una transferencia de calor más eficiente y la grasa permite que la temperatura sea más alta para una cantidad dada de calor?
@DanielSank Exactamente. Y debe haber un buen equilibrio entre los dos. Apuesto a que el queso parmesano (poca agua) y un mascarpone (demasiada agua) no se calientan tan fácilmente como un provolone.
¿La grasa también absorbe energía de microondas? Si solo el agua absorbe la energía y luego la distribuye a las grasas, no puede calentarse más de 100 ∘C. El agua dejaría el queso como vapor.
@Shane No, las grasas absorben las microondas bastante bien, menos que el agua, pero se calientan a una temperatura más alta gracias a su capacidad calorífica mucho menor. Tenga esto en cuenta cuando cocine alimentos grasos en el microondas: es muy fácil "quemar" las grasas mientras la comida aún está fría. ¿Alguna vez trató de calentar chocolate o tocino en el microondas?
@Diracology, lo siento, no he aceptado su respuesta porque, después de reflexionar, creo, según la observación experimental, que también hay algo en el queso que lo hace más eficiente que otros materiales para absorber microondas. Podría esperar para ver si alguien puede corroborar esto.
Esta respuesta es incorrecta porque parece sugerir que tener grasas en el queso le permite calentar más que el agua sola. Si aceptamos la premisa (probablemente cierta) de que el agua absorbe preferentemente las microondas y descarga parte de ese calor a la grasa, entonces la grasa aumenta efectivamente la capacidad calorífica del sistema, haciendo que se caliente más lentamente. Cuanta más grasa, más homogéneo debe ser el calentamiento en todo el microondas. Otro error consiste en dar a entender que un calor específico más alto facilita el calentamiento; lo contrario es cierto: los calores específicos más altos se calientan más lentamente.
@ChemicalEngineer dice que el calor específico "más bajo" hace que se caliente más. Pero la primera parte de lo que dices es correcta.
@RobertFrost Ah, cierto, está hablando de calor específico, que es por moles o por unidades. Aún así, la capacidad calorífica total aumenta cuando hay más contenido; aún requiere más energía para calentarse, y si no recibe un aumento proporcional a la generación de calor (es decir, si la grasa no absorbe las microondas tan bien como el agua de la misma capacidad calorífica), entonces sigue siendo perjudicial para el calentamiento. La capacidad calorífica total aumenta; el hecho de que la capacidad calorífica específica, que es una propiedad intensiva (en contraposición a la propiedad extensiva), disminuya es una pista falsa.
@ChemicalEngineer Por supuesto, si agrega grasa a una porción de agua, aumenta la capacidad de calor. Pero si agrega grasa y elimina la misma cantidad de agua, entonces disminuye la capacidad calorífica del sistema. O simplemente podemos hablar de calor específico como sugirió Robert.
@Diracology Si agrega grasa y elimina la misma cantidad de agua, también disminuye la absorción de microondas. Sigue haciéndolo, eventualmente llegarás a pura grasa; menor capacidad calorífica, pero también menor absorción de microondas.
@ChemicalEngineer Tienes toda la razón. Es por eso que dije en la respuesta que debe haber una "buena combinación" de agua y grasa. Quise decir una "combinación óptima".
@Diracology En ausencia de un efecto de segundo orden, es solo una combinación lineal. Entonces, lo óptimo es necesariamente agua pura o grasa pura.
@ChemicalEngineer Por ejemplo, la grasa pura se calentará más lentamente porque las microondas excitan las moléculas de agua. El agua pura, por otro lado, no es tan efectiva en el uso del calor para aumentar su temperatura (alto calor específico). Y lo más importante (en mi opinión) es que la grasa puede alcanzar temperaturas superiores a los 100C, por eso el queso siempre está tan caliente.
@Diracology Considere una combinación hipotética de agua y grasa, en la que la capacidad de calor y la absorción de microondas son proporcionales a la concentración de agua y grasa que tenga. El calentamiento es entonces a la tasa de absorción de microondas dividida por la capacidad calorífica. Sin efectos de segundo orden, esto es básicamente una constante para una composición de mezcla dada; y si varía la fracción de composición, entonces el óptimo es necesariamente una sustancia pura (ya sea agua pura o grasa).
@Diracology Creo que te estás dando cuenta correctamente de que la disminución del calor específico ayuda, pero ignoras incorrectamente la disminución de la absorción. No existe una propiedad de segundo orden en el mecanismo que ha descrito. No puede funcionar. Excepto, su nota sobre la temperatura máxima, eso se mantiene. Tiene razón en que el queso debería poder calentarse unos grados más que el agua, en el extremo máximo de la escala (aunque también se secará y se convertirá en carbón negro en ese punto).
Tanto @ChemicalEngineer como Diracology: la capacidad de la grasa para superar el punto de ebullición del agua es irrelevante. Mientras haya agua en la grasa, la grasa tampoco puede calentarse tanto. Lo que es relevante es el poder limitado del microondas. ¿Cuánto queso saturará ese factor, hasta el punto de una absorción perfecta? y cuanta agua
¿Podría agregar algún modelo analítico de lo que cree que está sucediendo? Quiero decir, no te equivocas sobre los hechos físicos; simplemente, las conclusiones no se siguen de la premisa. Siento que esto se volvería evidente si escribieras las ecuaciones.
Es extraño que esta sea la respuesta más votada dado que una simple prueba de poner aceite vegetal puro en un microondas muestra claramente que se calienta casi tan bien como el agua.

La estructura sólida del queso ayuda a prevenir la pérdida de vapor.

El agua absorbe bien las microondas, principalmente en los límites, ya que el agua en los límites absorbe la mayoría de las microondas antes de que penetren más profundamente en la masa de agua. Si calienta agua sola, sus límites obtienen la mayor parte del calor; entonces, el vapor puede escapar, causando que gran parte del calor absorbido se pierda. Esto da como resultado un poderoso efecto de enfriamiento llamado enfriamiento por evaporación .

El enfriamiento por evaporación es un efecto importante en las microondas. Por ejemplo, si obtiene una cena para microondas, a menudo le indicará que corte una hendidura en el envoltorio sin quitar el contenido. La ranura permite que el vapor escape un poco para que la presión no haga estallar la bolsa, pero aún así mantiene más vapor para ayudar a retener el calor. Esto reduce el enfriamiento por evaporación.

La estructura sólida del queso debería tener un efecto similar. Es decir, el agua no puede escaparse como vapor, por lo que el calor que captura no se pierde tan fácilmente.

No se trata realmente de que las grasas y el agua trabajen juntas

La respuesta actualmente votada afirma que el queso y las grasas trabajan juntos usando sus diferentes niveles de absorción de microondas y capacidad de calor para calentarse más rápido que cada uno solo.

Desafortunadamente, esto no puede ser cierto porque es un mecanismo completamente de primer orden. Tanto las grasas como el agua se calentarían a un ritmo proporcional a la absorción de microondas dividida por su capacidad calorífica, es decir

d T d t ∝ [ capacidad de absorción ] [ capacidad calorífica ]
Si los combinó sin un efecto de segundo orden, entonces su capacidad de absorción y su capacidad calorífica combinadas son un promedio ponderado de los valores puros para cada uno, es decir,
d T d t | queso ∝ X agua [ capacidad de absorción ] agua + ( 1 − X agua ) [ capacidad de absorción ] grasa X agua [ capacidad calorífica ] agua + ( 1 − X agua ) [ capacidad calorífica ] grasa
Entonces, supongamos que la capacidad de absorción y la capacidad calorífica son constantes tanto para la grasa como para el agua (lo cual no es realmente cierto, pero es una simplificación razonable). Entonces, independientemente de los valores reales de las capacidades de absorción y las capacidades caloríficas, no existe una combinación que pueda superar a ambas sustancias puras. Si ambas sustancias puras se calientan exactamente igual de rápido, entonces su combinación debería hacer lo mismo. Pero si uno se calienta más rápido, cuanto más tenga la combinación, más rápido se calentará la combinación. Es decir, si optimizamos X agua , necesariamente encontraremos X agua = 0 (grasa pura) o X agua = 1 (agua pura) como solución óptima.

Cuando una combinación funciona así, debe haber un efecto de orden superior en el trabajo. En este caso, sospecho que el efecto de orden superior más importante es que el queso atrapa el vapor, de modo que las moléculas de agua que atrapan la mayor parte del calor no se van volando.

No se trata realmente de puntos de ebullición.

Algunos han señalado que el agua hierve a 100 ∘ C , por lo que las grasas podrían ayudar al ser más picantes. Como señaló @JirkaHanika , esto no es realmente relevante porque esto no molesta al agua hasta que alcanza su punto de ebullición. 100 ∘ C .

Si está calentando su pizza en el microondas para que esté tan caliente, entonces la está secando. Este video de YouTube muestra a un hombre poniendo una taza de agua en el microondas con su pizza para ayudar a mantener la masa crujiente:

Estoy de acuerdo en que el queso tiene menos capacidad para enfriarse a través de la pérdida de calor latente (que el agua); esto es definitivamente un componente de ello.
@RobertFrost Energy se conserva, por lo que el calentamiento solo se puede realizar mediante absorción de microondas o reacción exotérmica. Las grasas almacenan mucha energía que puede provocar reacciones exotérmicas, ya que esa es su función biológica principal (básicamente son baterías). Aún así, a menos que de alguna manera estén experimentando un cambio químico, será una simple cuestión de que el calor de las microondas se acumule y luego se pierda parcialmente a través del enfriamiento, por ejemplo, el enfriamiento por evaporación. La principal fuente de variación será la eficacia de los mecanismos de refrigeración; cualquier otra cosa viola la conservación de la energía.
@RobertFrost Bueno, principalmente. Técnicamente, hay una entalpía de mezcla que cambiará con la composición a medida que el queso se deforme debido al calentamiento de las microondas. Pero, según el principio de Le Chatelier , ese cambio en la entalpía de la mezcla será una fuerza resistiva, no una fuerza de calentamiento.
@RobertFrost Algunos dicen que el queso se derretirá con grasa, otros dicen que con vapor / Por lo que he probado de las comidas Kraft / Estoy de acuerdo con aquellos que prefieren el vapor. / Pero si tuviera que recalentarlo dos veces, / creo que sé bastante de queso / para decir que para quemarme las grasas de la boca / también son geniales / y bastaría.
Supongamos que la grasa no absorbe las microondas en absoluto. ¡Entonces cualquier combinación de agua y grasa superaría a la grasa! La fórmula que escribiste para la velocidad de calentamiento de la combinación no es correcta porque ignora el hecho de que el agua y la grasa intercambian calor por conducción térmica. Ese es el punto de la combinación.
@Diracology Como se explicó anteriormente, uno de los estados puros será óptimo; en tu ejemplo, sería agua pura, es decir X agua = 1 . En cuanto a "descuidar" la conducción térmica, ¿exactamente qué efecto crees que tiene? ¿Cómo modelarías las ecuaciones?
El punto es que estás considerando que la grasa solo se calienta con microondas. Si eso era cierto, su ecuación y su afirmación eran correctas. Pero hay conducción del agua a la grasa y ese es el hecho relevante.
@Diracology No, tanto la grasa como el agua se calientan con microondas, y esa energía capturada debe usarse para elevar su temperatura dada su capacidad calorífica combinada (ya sea una suma si está usando propiedades extensivas o el promedio ponderado si está usando propiedades intensivas). ¿No recuerdas las soluciones ideales de Intro to Classical Thermo? Mi modelo anterior asume la idealidad, y como señaló mi comentario Robert Frost, las desviaciones de la idealidad tenderán a ser resistivas debido al principio de Le Chatelier. ¿Qué suposiciones no estándar estás haciendo?
Los aceites y las grasas están formados por moléculas no polares. ¡Hecho! Las microondas calientan los alimentos haciendo vibrar las moléculas polares. Entonces, las grasas absorben mucho menos microondas que el agua.
@Diracology Correcto. Tanto la grasa como el agua acumulan calor a diferentes velocidades ( [ capacidad de absorción ] grasa contra [ capacidad de absorción ] agua ), y comparten esa captura de calor combinada para elevar su temperatura combinada dada su capacidad calorífica combinada, como en la ecuación anterior. ¿Cuál es la parte que estás haciendo diferente ?

Creo que el punto clave en la primera respuesta es que los aceites tienen puntos de ebullición más altos, por lo que el queso puede alcanzar una temperatura superior a 100 ∘C.

Si calienta agua, cuando alcance los 100 °C, comenzará a hervir y toda la energía de microondas depositada a partir de entonces convertirá el agua en vapor, que se escapará rápidamente.

En el queso, el agua se emulsiona con la grasa. (No sé si son pequeñas gotas de agua envueltas en grasa o viceversa. Yo diría que lo primero ya que tiene más del 50% de grasa). En cualquier caso, creo que será posible que el agua se sobrecaliente un poco sin convertirse en vapor en este ambiente, donde tiene una gran cantidad de superficie de agua en contacto con grasas que pueden calentarse por encima de 100C sin hervir. En otras palabras, la mezcla con grasa puede suprimir la formación y el crecimiento de burbujas de vapor.

Además, el agua del queso se deriva de la leche, lo que significa que contendrá una cantidad muy significativa de proteínas lácteas solubles en agua. Estas moléculas de cadena larga también pueden servir para estabilizar el agua a >100 °C (especialmente si tienen partes hidrófilas e hidrófobas, que tenderán a unirse entre el agua y la grasa donde se tocan). Incluso pueden permitir que la presión en las gotas de agua exceda un poco la presión atmosférica ambiental.

El experimento obvio es medir la temperatura del queso recién calentado en un microondas, o incluso durante el calentamiento. Para el primero, derrítalo en un recipiente bien aislado (sugiero una pequeña muestra de queso en un agujero en un bloque de poliestireno expandido y una taza grande de agua en el horno al mismo tiempo para que la mayor parte de la energía de microondas tenga algún lugar). más para ir). Para este último, necesitará un termómetro completamente no metálico que no absorba microondas de manera significativa y que lea muy por encima de los 100 ° C, lo que podría ser una investigación interesante en sí misma. Mi conjetura es que el queso alcanzará unos pocos grados por encima de 100C.

¿Qué hace que el queso sea tan eficaz para absorber las microondas?
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