Полезные советы
По имени Солнце
Жизнь на Земле невозможна без солнечной энергии — на свету растут растения, и энергия уходит дальше по пищевой цепочке. И для космонавтики Солнце сразу же стало рассматриваться как доступный и бесплатный источник. Первые спутники с солнечными панелями, Vanguard-1 (США) и “Спутник-3” (СССР), отправились в полет уже в 1958 году.
Прелесть солнечных панелей заключается в непосредственном превращении света в электричество — фотоны, падая на полупроводники, напрямую вызывают движение электронов. Соединяя ячейки последовательно и параллельно, можно получить требуемые значения напряжения и тока.
В космических условиях очень важным является компактность солнечных панелей, например, огромные “крылья” МКС сделаны из очень тонких панелей, которые в транспортировочном положении были сложены гармошкой.
Видео раскрытия панелей МКС
До сих пор солнечные панели остаются наилучшим вариантом, если необходимо снабжать космический аппарат энергией годами. Но, конечно, они, как и любое другое решение, имеют и свои недостатки.
Прежде всего, на низкой околоземной орбите спутник постоянно будет уходить в тень Земли, и необходимо дополнить панели аккумуляторами, чтобы электропитание было непрерывным. Аккумуляторы и дополнительная площадь солнечных панелей для их зарядки на солнечной стороне орбиты заметно увеличивают массу электросистемы спутника.
Далее, мощность солнечного излучения подчиняется закону обратных квадратов: Юпитер в 5 раз дальше Земли, но на его орбите космический аппарат с такими же солнечными панелями будет получать в 25 раз меньше электроэнергии.
Солнечные панели постепенно деградируют в условиях космического излучения, так что на длительные миссии их площадь необходимо рассчитывать с запасом.
Линейное увеличение массы солнечных панелей с ростом требуемой мощности в какой-то момент делает их слишком тяжелыми по сравнению с другими системами.
Виды микроволновок
Рассмотрим основные типы печек, которые вы можете купить.
С грилем
Эти аппараты имеют нагревательный элемент — тэновый или кварцевый. Первый ставят в разных местах камеры и в разном положении, он довольно надежный и недорого стоит. Кварцевый устанавливают только вверху. Он более мощный, чем тэновый, но стоит дороже.
В печках с грилем можно запросто готовить шашлык или запекать курицу с хрустящей корочкой.
Пример микроволновки с грилем — LG MH6022D. Эта модель оснащена кварцевым грилем на 600 Вт и имеет механическое управление. Ее характеристики:
С конвекцией
Будет полезна тем, кто любит печь. Благодаря конвекции можно готовить пищу с помощью теплого воздуха. Это позволяет получать вкусную домашнюю выпечку. Нагретый воздух, циркулируя вокруг приготовляемого блюда, равномерно пропекает его.
Устройство работает в комбинированном режиме — СВЧ плюс конвекция. Такой режим позволяет быстрее готовить блюда, чем в обычной духовке, а значит, сохраняется больше витаминов. Печь, оснащенная одновременно грилем и конвекцией, заменяет плиту и духовку. Тут можно готовить всё — от компота до шашлыка.
Яркий пример микроволновки с грилем и конвекцией — Samsung MC28H5013AW. Ее характеристики:
С инвертором
В традиционных аппаратах мощность регулируют переключением излучения — включение/выключение. Из-за этого еда часто получается пересушенной. Благодаря инверторному управлению, мощность регулируется плавно. Встроенные инверторы позволяют сохранять текстуру и полезность приготовляемых продуктов.
Такие модели, недавно появившись на рынке микроволновых печей, уже стали популярными.
Пример инверторной модели — Panasonic NN-GD371M. Параметры:
Маленькие СВЧ-печи
Мини-микроволновки обычно рассчитаны только на разогрев и разморозку. Это бюджетные модели без гриля и конвекции. У них небольшая мощность и размеры. Вращающегося поддона у них нет.
Их выбирают для тесных кухонь. В них не готовят разносолы — только подогревают и размораживают продукты.
Пример недорогой, но долговечной модели — Daewoo KOR-5A0. Ее характеристики:
Равномерное распределение микроволн
Крупный недостаток обычных СВЧ-печек — неравномерность распределения микроволн. Результат: в одном месте еда слишком горячая, в другом — еле теплая. Причина такого явления — концентрация микроволн на одном участке. Чтобы устранить этот недочет, производители вместо одного излучателя устанавливают сразу три.
Одна из популярных ныне технологий — I-wave. В аппаратах с таким решением волны распространяются по спирали.
Пример подобного прибора — LG MS2043HS. Характеристики:
Сложности превращений
Термоэлектрический генератор является не единственным вариантом преобразования тепла в электричество. В термоэмиссионных преобразователях нагревается катод вакуумной лампы. Электроны “допрыгивают” до анода, создавая электрический ток. Термофотоэлектрические преобразователи превращают тепло в свет инфракрасного диапазона, который затем преобразуется в электричество аналогично солнечной панели. Термоэлектрический конвертер на щелочных металлах использует электролит из солей натрия и серы. Двигатель Стирлинга преобразует разницу температур в движение, которое уже затем превращается в электричество генератором.
Сконцентрируй это
Еще на стадии проработки концепта было очевидно, что станция Freedom (после многочисленных изменений реализованная как МКС) будет нуждаться в большом количестве электроэнергии. И расчеты 1989 года показали, что солнечный коллектор сможет сэкономить от 3 до 4 миллиардов долларов (6-8 миллиардов в сегодняшних ценах) по сравнению с электропитанием только от солнечных панелей. Что это за конструкции?
Один из ранних проектов Freedom
Конструкции из шестиугольников по краям — солнечные концентраторы. Зеркала образуют параболоид, собирающий солнечный свет на приемник, расположенный в фокусе. В нем теплоноситель закипает, газ крутит турбину, которая вырабатывает электричество. Панель рядом — радиатор тепла, в котором теплоноситель конденсируется обратно в жидкость.
К сожалению, конструкция, как и многие идеи для станции Freedom, пала жертвой урезания бюджета, и МКС использует только солнечные панели, так что мы не можем на практике узнать, оправдались бы ожидания экономии средств. Стоит отметить, что солнечные коллекторы используются и на Земле, но распространены они в наиболее простой форме без концентрирующих зеркал — их приводы сильно повышают стоимость.
Стандартные СВЧ-программы
Основной дежурный режим: СВЧ или «микроволны». Приобрели импортную технику? Тогда надписи на корпусе будут такими: MW или Microwave.
Любая микроволновка может поддерживать его, независимо от конструкции: или комбинированная. Отличие лишь в том, что в простых моделях используется исключительно технология СВЧ-излучения, а в сложных еще есть функции «ь» и «». Для их поддержания в печке работают нагреватели (ТЭНами) и вентиляторы.
В зависимости от фирмы, мощность излучения колеблется в пределах 600-1100 Вт. Удобство в том, что практически каждая печка может работать не на всю мощь. В печках последних годов до десятка степеней регулировки.
Режимы, в зависимости от бренда и модели, могут быть подписаны цифрами — 1, 2 и т.д., процентами — 75%, 100% и т.д. Не исключены обозначения в Ваттах или символах.
Если еще десять лет назад в обиходе были маломощные конструкции, рассчитанные на 650 Вт, то сегодня растет спрос на модели 800-850 Вт. Рассчитанные на 1000 Вт только набирают популярность.
Альтернатива аккумуляторам
Если вы читали замечательную книгу Нурбея Гулиа “В поисках энергетической капсулы”, то можете помнить, что после долгих поисков идеального аккумулятора он остановился на модифицированных для безопасного разрушения маховиках. Сейчас с успехами литий-ионных батарей эта тема менее интересна, но эксперименты по хранению энергии в раскрученном маховике проводились и в космонавтике. В начале 21 века компания Honeywell проводила эксперименты с маховиками-аккумуляторами. Теоретически это направление может быть интересно еще и тем, что маховики используются в системе ориентации спутника, и можно совместить режимы поддержания требуемого положения в пространстве и хранения энергии.
Автоматические программы
В некоторых конструкциях последних лет предусмотрена автоматика. Размораживание, приготовление, гриль и комбинированные режимы — все это работает без участия пользователя. Время и температуру выставлять не придется, «умная» техника все сделает за вас.
В последних микроволновках есть программы, разработанные специально для российского пользователя: автоматическое приготовление на пару в режиме «Гарниры и каши». Нажатием одной кнопки можно приготовить рис, гречку, овсянку. Свежие овощи и картофель тоже прекрасно поддаются подобной обработке. Всего за 6 минут печь приготовит полкило овощей, а в среднем за 15 минут сварит четверть пачки риса.
Теперь вы знаете все о стандартных режимах СВЧ-печей и их комбинациях. Если остались вопросы, будем рады ответить на них в комментариях к обзору.
О каких мерах предосторожности важно знать
Зачастую, подбирая микроволновую печь, потребитель обращает внимание только на бренд, дизайн и стоимость. В результате приобретается вещь, не отвечающая потребностям и ожиданиям потребителя.
Зная устройство и принцип действия микроволновки, вы не только легко купите нужную модель, но и обезопасите себя от вредного воздействия.
Реакторы над головой
Из всех известных человечеству управляемых источников энергии, ядерное топливо обладает наибольшей плотностью — один грамм урана способен дать столько же энергии, что 2 тонны нефти или три тонны угля. Поэтому нет ничего удивительного в том, что атомные реакторы выступают многообещающим вариантом, когда необходимо длительно снабжать космический аппарат большим количеством энергии.
Слева американский SNAP, справа советский «Бук»
Работы над космическими реакторами начали еще в 1960-х. Первым отправился в космос американский SNAP-10A, проработал на орбите 43 дня и был отключен из-за аварии, не относящейся к реактору системы. После этого эстафету принял СССР. Созданные для отслеживания перемещения американских авианосных ударных группировок спутники УС-А системы целеуказания “Легенда” несли на борту ядерный реактор “Бук” для обеспечения энергией активной радиолокационной системы, и их было запущено больше трех десятков. В конце 80-х два раза слетал в космос реактор “Топаз”, использующий меньшее количество ядерного топлива и имеющий большую эффективность — 150 КВт тепловой мощности “Топаза” производили 6 КВт электрической против 100 и 3 у “Бука”. Достигалось это в том числе и использованием другого преобразователя энергии — термоэмиссионного вместо термоэлектрического. Но после 1988 года спутники с атомными реакторами на борту больше не летали.
Возрождение интереса к ядерным реакторам произошло в 21 веке. На Западе это вызвано уменьшением запасов и ростом цены плутония-238 для РИТЭГов. В США разрабатывается реактор Kilopower, задачей которого будет стать аналогом РИТЭГа. Интересной особенностью является то, что реактор спроектирован самоуправляемым и после активации, как и РИТЭГ, не требует присмотра. В России разрабатывается проект ядерной установки мегаваттного класса. В сочетании с электрореактивными двигателями должна получиться конструкция с принципиально новыми возможностями, очень эффективный орбитальный буксир.
Безопасность реакторов построена на других принципах, нежели у РИТЭГов. До запуска реактор чист (уран ядовит, но его можно безопасно брать руками в перчатках), поэтому на случай аварии, наоборот, ставят газогенераторы, надежно разрушающие его в плотных слоях атмосферы. А вот после включения в реакторе начинают накапливаться опасные изотопы, и советские спутники УС-А в случае аварии уводили реактор на высокую орбиту захоронения. Заглушенные реакторы до сих пор летают над нашими головами, но, учитывая срок существования орбит, скорее до них доберутся космические мусорщики будущего и разберут на полезные ресурсы, нежели они сгорят в атмосфере.
Комбинации программ
Производители , , , Zigmund & Shtain, и другие позволяют комбинировать имеющиеся опции. Рассмотрим основные комбинации: их англоязычные обозначения, назначение и возможности.
СВЧ с грилем
Иностранная маркировка этой комбинации: COMBI, MICRO + GRILL, MW + GRILL и т.д.
Если мощность микроволн преобладает над грилем, времени требуется меньше, но качество готовки мяса при этом ухудшается. И наоборот: если усилить работу гриля, при минимальном излучении можно добиться знакомого вкуса, пожертвовав временем — его понадобится больше.
Комбинации также отличаются по способу воздействия: это может быть одновременная работа волн с ТЭНами или последовательное их переключение. Одновременная работа подходит для прожарки мяса и рыбы, запекания в больших объемах. Во втором случае можно быстро приготовить блюдо, используя микроволны, а гриль лишь придаст ему «румянец».
В комплектации часто можно встретить решетки различной высоты: низкую для крупных продуктов и высокую для блюд небольшого размера и веса. Они существенно усиливают эффект.
Важно! Производители настаивают на использовании исключительно штатных решеток: их геометрия продумана до мелочей под определенные параметры камеры каждой отдельной модели.
Также помните, что поддоны и тарелки из металла для готовки не годятся. Стекающий жир можно задержать специальным керамическим поддоном. Относиться к нему стоит бережно при мытье и очистке — при скалывании эмали поддон придет в негодность.
СВЧ и конвекция
Стандартное международное обозначение: MW + CONV. Отличный цикл для большого перечня блюд, в том числе и выпечки. Затраты времени минимальны, поверхность блюда — с корочкой.
Конвекция может выдавать от 40 до 250 градусов: ничего не подгорит и отлично пропечется. Что уж говорить о том, что запах и сочность продуктов будут безупречными.
Конвекция с грилем
Зарубежные знаки: GRILL + CONV и др.
Служит для быстрой жарки продуктов и дополнительной румяной корки. Пицца, жирное мясо, птица — все это быстро, вкусно и красиво.
Постановка задачи
В задаче энергоснабжения космического аппарата можно выделить два критерия, позволяющие наглядно распределить различные подходы. Это мощность и длительность. Действительно, логично, что одни технические решения используются для задачи “много, но недолго” и другие — для “десятилетиями, пусть и немного”. Если взять эти критерии как оси графика, то получится следующая картина:
Spacecraft Power Systems, David W. Miller, John Keesee
Первый спутник отправился в полет с заряженными серебряно-цинковыми аккумуляторами, которые обеспечивали “бип-бип” передатчика 21 день. Решение было логичным — экспериментальные солнечные панели ждали своей очереди на объекте “Д”, который стал “Спутником-3” (запущен 15 мая 1958). Серебряно-цинковые батареи, благодаря высокой плотности энергии и большим токам разряда, нашли широкое применение в космонавтике, а их недостаток — небольшое количество циклов перезарядки неважен в случае, когда батарея используется один раз. Любопытная метаморфоза произошла с кораблем “Союз” — первые корабли летали с солнечными панелями, на модификации 7К-Т (“Союз-10” — “Союз-40”, кроме -13, -16, -19, -22) их убрали, оставив только аккумуляторы с запасом электроэнергии на двое суток, а со следующей модификации “-ТМ” солнечные панели снова вернули и уже насовсем. До сих пор аккумуляторы остаются рациональным решением для аппаратов, которые будут работать не дольше нескольких суток и не требуют больших объемов электричества. Иногда на аппараты ставят даже неперезаряжаемые элементы, например, прыгающий зонд MASCOT, сброшенный с межпланетной станции Hayabusa-2 на астероид Рюгу, использовал литий-тионилхлоридные элементы, которых хватило на 16 часов. Но перезаряжаемые элементы встречаются чаще, с ними удобнее работать, потому что, при необходимости, их можно подзарядить перед запуском без разборки аппарата. Литий-ионные элементы, благодаря своим высоким характеристикам, сейчас получают очень широкое распространение не только в бытовых приборах, но и на космических аппаратах.
Зонд MASCOT станции Hayabusa-2
Если энергии требуется очень много, но на короткое время, имеет смысл применять химические источники. Например, на спейс шаттлах были так называемые APU. Несмотря на полностью совпадающее название с вспомогательной силовой установкой на самолетах, это были специфические устройства. В камере сгорания сжигалось химическое топливо (горючее на основе гидразина и азотный тетраоксид), горячий газ подавался на турбину, а ее вращение создавало давление в гидросистеме шаттла без промежуточного превращения энергии в электричество. Гидравлика поворачивала управляющие поверхности орбитера на этапах выведения на орбиту и посадки. Любопытно, что сейчас плотность энергии литий-ионных батарей достигла таких значений, что появилась ракета-носитель Electron, в которой выполняющий похожую функцию турбонасосный агрегат (устройство для подачи топлива в двигатель) заменили на электрический насос с блоком аккумуляторов. Потери на большей массе батарей компенсировались простотой разработки.
Печи с конвекцией
Программу «Конвекция» зарубежные изготовители часто подписывают Conv. Также она обозначается как «Горячий воздух» и даже «Духовка».
В чем суть. Печка оснащается нагревателем и вентилятором, лопасти которого разгоняют потоки подогретого воздуха по камере. Конвективный процесс быстро прогревает продукты, в это время обычная духовка еще бы грелась. В итоге любой процесс готовки ускоряется, а прогрев получается равномерным. Доступна одновременная обработка на поворотном столе с использованием решетки, идущей в комплекте.
Что приготовить. Готовьте закуски, рыбные и мясные деликатесы, пиццу с любыми начинками, суфле и ароматную выпечку!
На заметку! Планируете сделать пирог, бисквит, слойку или сдобу к приходу гостей? В этом случае предварительно прогрейте камеру.
Неплохо на этой программе получаются нежирные мясные кусочки, весом менее 0,5 кг. Без использования микроволн можно готовить даже в фольге или на металлическом противне при оптимальной температуре.
Какую посуду нельзя греть в микроволновке, вы можете узнать из предыдущего обзора.
Даже детское питание можно подогреть, используя только конвекцию при температуре 40 градусов. Подробнее об этом читайте на странице «Можно ли разогревать детское питание в микроволновке».
Модели, в которых есть конвекция
Топливные элементы
Топливный элемент спейс шаттла
Если длительность космического полета не превышает две-три недели, то, в особенности для пилотируемых кораблей, очень привлекательными становятся так называемые топливные элементы. Как известно, водород горит в кислороде с выделением огромного количества тепла, и ракетные двигатели, использующие это, являются одними из наиболее эффективных. А возможность напрямую получать электричество из соединения водорода с кислородом породила источники электроэнергии, применяющиеся, кстати, не только в космонавтике.
Топливный элемент работает следующим образом: водород попадает на анод, становится положительно заряженным ионом и отдает электрон. На катоде ионы водорода получают электроны, соединяются с молекулами кислорода и образуют воду.
Соединив несколько ячеек и подавая больше компонентов, можно легко получить топливный элемент большой мощности. А выделяющуюся в результате работы воду можно использовать для нужд экипажа. Сочетание свойств обусловило выбор топливных элементов для кораблей “Аполлон” (и, кстати, для лунных версий “Союзов“ первоначально выбрали тоже их), шаттлов и “Бурана”.
Стоит отметить, что топливные элементы теоретически могут быть обратимыми, диссоциируя воду на водород и кислород, запасая электроэнергию и работая, фактически, как аккумулятор, но на практике такие решения в космонавтике пока не востребованы.
Как устроена микроволновка
Составные части СВЧ-печки:
Работа микроволновой печи сводится к выделению магнетроном энергии, преобразуемой в тепло. Устройство подключено к трансформатору-стабилизатору. Когда-то этот прибор был самым дорогим в СВЧ-печке, сегодня его стоимость снизилась и микроволновки стали гораздо доступнее.
Принципиальная электрическая схема у всех СВЧ-печек практически одинакова, разные у них только характеристики, возможности и дизайн.
Что такое магнетрон
Его назначение — генерация излучения заданной частоты. По сути, это — электровакуумный диод. Его строение:
Благодаря разнице напряжений катод испускает электроны, которые ловит электрическое поле с высокой напряженностью. Частота генерации зависит от конфигурации резонаторных камер и от напряжения анода.
Энергия снимается посредством петли из проволоки, которая соединяется с катодом и выводится в излучающую антенну. Излучение от антенны направляется к волноводу, по которому и проходит внутрь СВЧ-печки.
В обычных микроволновках применяют магнетроны мощностью 0,8 кВт. Бывает, чтобы приготовить блюдо, нужна мощность, меньше 0,8 кВт, тогда устройство включается на короткие промежутки времени, перемежаемые паузами.
Такой принцип действия известен как широтно-импульсная модуляция. Так как магнетрон, работая, нагревается, он помещается в радиатор пластинчатого типа, который постоянно обдувает вентилятор. Перегрев может стать причиной поломки. Чтобы этого не случилось, устанавливают специальный термопредохранитель.
Из чего состоит термопредохранитель
Эти устройства известны также как термореле. Их выпускают для разных номиналов температур.
Термореле состоит из алюминиевого корпуса, который крепится к месту контроля температуры фланцевым соединением, и биметаллической пластины, настроенной на определенное значение температуры. Когда нагрев превышает допустимый порог, пластина, изгибаясь, запускает элемент, размыкающий контакты — питание печки прекращается.
Когда магнетрон остынет, биметаллическая пластина примет исходную форму и контакты замкнутся — печь включится.
Описание работы вентилятора
Без вентилятора работа невозможна. Его функции:
Вентилятор располагают возле задней стенки прибора. Засасывая воздух из помещения, он направляет воздушный поток по воздуховодам к пластинам магнетрона, а далее в камеру. В движение лопасти вентилятора приводятся асинхронным двигателем переменного тока.
Как работает дверца
Благодаря блокировке, срабатывающей при открывании дверцы, пользователи защищены от облучения. Устройство дверцы достаточно сложное — от исправности ее работы зависит безопасность владельца. Конструкция дверцы предусматривает меры защиты:
Система защиты
Всякая микроволновка — источник мощного излучения, способного нанести большой ущерб организму человека и всего живого. Чтобы оградить окружающих от воздействия, аппарат экранирован металлическим корпусом, сквозь который высокочастотное излучение пройти не может.
Дверца оснащена прозрачным стеклом, чтобы пользователь мог наблюдать за процессами разогрева, приготовления, разморозки. Стекло также экранировано — на нем металлическая мелкоячеистая сетка, препятствующая проникновению микроволн.
Конструкция блока управления
Задачи блока управления — «мозга» СВЧ-печи:
В ранних версиях управление осуществлялось двумя механическими переключателями: одним задавали мощность, другим — время. Сегодня аппараты оснащают электронными и микропроцессорными блоками управления, которые управляют, помимо двух названных, множеством функций — важных и неважных. Например:
Модели с 5 уровнями мощности
Микроволновых режимов обычно 5 (в большинстве конструкций различных брендов). Рассмотрим каждый из них.
Примеры моделей с 5 уровнями
Современные конструкции и характеристики свч печей.
Приготовление
пищи происходит в металлической камере,
снабженной дверцей для защиты от
излучения. Для обеспечения равномерного
нагрева пищи служит вращающийся столик,
который приводится в движение
микродвигателем, находящимся под
камерой. Иногда вместо вращающегося
столика с той же целью используется
диссектор — металлическая деталь, по
внешнему виду напоминающая пропеллер,
который располагается в верхней части
камеры и прикрывается диэлектрическим
окном из рациопрозрачного материала.
Производители
СВЧ-печей не ограничиваются обычным
набором функций и все больше совершенствуют
детали. Так, разработчики LG вплотную
взялись за создание идеального гриля.
В результате появились печи с функцией
«Мастер гриль». Два нагревательных
элемента, верхний кварцевый и нижний
тэновый, занимают совсем немного места
в рабочей камере. В этих печах можно
приготовить больше еды за один раз.
Причем даже большие порции прожариваются
до самой середины, и происходит это
очень быстро, так как двойной гриль
чрезвычайно мощный – более 2000 Вт.
Расширить
возможности СВЧ-печи позволяет и функция
«Талантливое блюдо» (LG). Это целый
комплект аксессуаров: паровое блюдо,
чаша для воды, купол и поддон. С этой
функцией можно приготовить любую еду
– от диетического и детского питания
до мяса с хрустящей корочкой.
Еще
один показатель, который совершенствуют
производители, – время, затрачиваемое
на приготовление еды. В некоторых печах
(LG МР-9485SRВ) кроме обычных нагревательных
элементов используется галогеновый
нагрев. Такие печи еще называют
световолновыми. Они мгновенно набирают
высокие температуры: за 5 минут камера
разогревается до 320°. Обычной печи для
того, чтобы достичь максимальной
температуры, нужно 15-20 минут.
Современные
СВЧ-печи работают все быстрее и точнее.
Многие даже умеют определять вес
продукта. Это важно, поскольку от массы
напрямую зависит время, затраченное
на приготовление блюда. В некоторых
печах предусмотрена опция «автовзвешивание»:
вес продукта определяется электронными
датчиками. А печи с функцией «сенсорное
приготовление» по количеству выделяемого
пара точно определяют объем пищи и
время для ее приготовления, ведь задавая
этот показатель в меню вручную, можно
ошибиться. Пользователю останется лишь
следить за значениями на табло.
Многие
печи способны не только выдавать готовые
настройки для рецептов, но и «запоминать»
любимые – достаточно заложить в меню
определенные параметры блюда. Простые
модели хранят в памяти от двух до восьми
вариантов, сложные – до сотни. Самые
совершенные микроволновки имеют
возможность подключения к Интернету.
Такие печи через беспроводную сеть
подсоединяются к компьютеру. Пользователь
может загрузить с кулинарного сайта
прямо в блок управления печи все
необходимые настройки для того или
иного рецепта.
Прежде
чем покупать СВЧ-печь, стоит посмотреть,
из какого материала сделаны ее внутренние
стенки. Печки с эмалированным покрытием
– самый дешевый вариант. Эмаль хороша
тем, что ее легко мыть и чистить. Но
длительные высокие температуры эмали
противопоказаны. Поэтому такое покрытие
применяется в недорогих печах только
с функцией микроволн. Но даже в них со
временем оно может потрескаться.
Нержавеющая сталь выдерживает самые
горячие режимы, предусмотренные в
СВЧ-печи. Но ее гораздо сложнее содержать
в чистоте. Чтобы навести блеск на
«нержавейку», придется иногда чистить
ее губкой или щеткой, но не слишком
жесткой, чтобы не поцарапать стенки.
Во
многих современных СВЧ-печах есть
диалоговый режим, когда на дисплее
высвечиваются рекомендации пользователю.
Самые дорогие СВЧ-печи «понимают»
голосовые команды хозяина и «вслух»
отвечают ему, причем по-русски. Такие
модели разрабатывает, например, LG.
Что происходит с едой в микроволновке
Ученый выяснил, как работает микроволновый ракетный двигатель EmDrive
Бытовая микроволновка — “дочка” военного радара. Первым человеком, который по рассеянности “разогрел” бутерброд на нем, был американский изобретатель Перси Спенсер. Он занимался оборудованием для военных приборов, а параллельно в 1946 году оформил патент на микроволновую печь.
Первая в мире СВЧ-печь использовалась только для быстрого размораживания продуктов в солдатских столовых и военных госпиталях. Ее высота была равна примерно человеческому росту, а весил прибор 340 килограммов.
Так как же микроволновка нагревает продукты? В нашей пище очень много дипольных молекул, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом — отрицательный.
Именно из таких молекул состоит вода. Она представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах, поэтому появилась возможность нагревать ее микроволнами.
А вместе с ней и все продукты, каждый из которых содержит воду. Например, в сосиске эти молекулы расположены хаотично, но как только продукт помещают в микроволновку, они попадают в электрическое поле и выстраиваются “плюсом” в одну сторону, “минусом” — в другую.
Физики научились переворачивать молекулы со скоростью света
Под действием излучения молекулы “кувыркаются” с бешеной частотой и в буквальном смысле “трутся” друг о друга. Выделяющееся при этом тепло и разогревает пищу.
Если вы начнете тереть одну ладонь о другую, поверхность рук тоже нагреется. Только чтобы достичь эффекта микроволн, придется совершать движения со скоростью 4,9 миллиарда раз в секунду.
Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов — прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину за счет теплопроводности.
Внутри микроволновки волны излучает вакуумный прибор — магнетрон. Стоит только подать напряжение через внутреннюю нить и медный анод снаружи, как электроны начнут срываться со средней нити и лететь к медной секции. В этот момент с помощью магнитов можно заставить электроны поворачивать обратно к центру нити. Так, пролетая мимо отверстий полостей, они создают колебательные волны, которые раскачивают молекулы воды, создавая тепло.
Жидкости нагреваются микроволнами намного дольше, поскольку там больше молекул воды. Из этого же принципа следует и ответ на вопрос о том, почему нагревается лишь еда, а не тарелка — в посуде нет молекул воды.
Физики создали камеру, способную видеть все виды излучения
В свою очередь, яйца, помещенные в микроволновку, взрываются, поскольку молекулы воды при нагреве расширяются и образуют большое давление.
Как известно, металл, из которого состоят стенки и внутренняя поверхность микроволновок, отражает радиоволны. Если забыть вилку внутри прибора, взрыва, конечно, не произойдет, однако металл (особенно его тонкий слой — фольга или ободок на блюдце) очень быстро нагреется.
Более того, острые объекты иногда образуют “корону” (огни святого Эльма), которая может сжечь и еду, и саму микроволновку. Учитывая это, производители решили просто запретить использовать металл внутри приборов.
Принцип микроволнового воздействия
Принцип работы микроволновки кардинально отличается от обычных духовок. Продукты, пронизанные волнами сверхвысокочастотного диапазона, греются по всему объему, а не по поверхности, как при тепловом воздействии. Именно поэтому процесс разогрева/разморозки так краток.
Нагревание еды происходит благодаря физическому явлению — электромагнитные СВЧ-поля преобразуются в тепло. В СВЧ-печке греется только сам продукт, не тратится энергия на нагрев самой камеры, а значит, экономится энергия.
Микроволновое действие способно за минуты поднять температуру объекта до величины, необходимой пользователю. Это особенно удобно при разморозке: огромный кусок замороженного мяса можно разогреть за считаные минуты, не изменив его свойств.
Нагрев пищи спровоцирован действием высокочастотных волн, их частота — 2 450 МГц. Эти микроволны, проходя внутрь объекта, поляризуют молекулы воды. Под действием излучения молекулы строятся вдоль силовых линий электромагнитного поля.
Направленное перемещение молекул вызывает повышение температуры продукта по всему объему. Микроволны, проникая в глубину объекта на 2,5–3 см, разогревают молекулы воды, а разогретые участки объекта передают тепло далее — таким путем прогревается весь объем.
Главные узлы, принцип действия
Как работает микроволновка — бытовой электроприбор для быстрого подогрева и разморозки продуктов, знают далеко не все ее владельцы. Это часто становится причиной поломок и даже несчастных случаев. Зная устройство микроволновой печи, пользователь будет предупрежден о возможных неполадках и об опасностях, подстерегающих его во время самостоятельного ремонта.
О гриле
Импортные модели могут быть отмечены словом Gril — это комбинированные варианты. Сам нагревающий элемент может быть инфракрасным (ИК) или традиционным. При готовке с грилем блюдо покрывается золотистой корочкой, ради которой многие покупатели и предпочитают микроволновые печи обычным электрическим или газовым духовкам. Особенно восторженные отзывы в сети можно найти о птице, мясных продуктах, запеканках, сырных и овощных блюдах.
Можно активировать гриль в конце — исключительно ради корочки, а до этого готовить с использованием волн.
Опишите превращение микроволновой энергии в тепловую энергию
Превращение микроволновой энергии в тепло и последующий нагрев зависит от свойств источника энергии и свойств диэлектрика. Кроме того, теплоемкость и другие свойства пищи важны, т.к. когда микроволновая энергия поглощается теплом, которое затем передается через продукт способом конвекции или кондукции. Микроволновые свойства – это поле с напряженностью Е, измеряемое обычно в В/см, и частота микроволн υ в Гц. Пища, подвергаемая нагреву, должна характеризоваться диэлектрической постоянной и тангенсом диэлектрических потерь. Относительная диэлектрическая постоянная (или диэлектрическая проницаемость) ε’ – это мера способности материала сохранять электрическую энергию и определяется как отношение емкостного сопротивления (или проницаемости) диэлектрического материала к емкостному сопротивлению (или проницаемости) вакуума. Воздух приблизительно соответствует идеальному вакууму и поэтому диэлектрическая постоянная для воздуха является приближенной единицей. Это безразмерная величина. Тангенс диэлетрических потерь δ – это мера как материал рассеивает электрическую энергию как тепло. Эти свойства часто комбинируются для определения относительной диэлектрической потери ε” (также безразмерная величина) и поэтому
ε”= ε’tg δ (6.1)
Энергия рассеивания или скорость преобразования энергии в единицу объема
=5,56×10-13Е2υε’tgδ Поглощение микроволновой энергии, следовательно, увеличивается с повышением частоты колебания и особенно напряженности поля. Чем больше значение ε”, тем больше будет рассеивание термической энергии и продукт будет более подходящим для микроволного нагрева. В таблице 4.1 даны значения относительной диэлектрической постоянной и относительной диэлектрической потери для ряда пищевых продуктов.
Таблица 6.1 – Диэлектрические свойства некоторых пищевых продуктов
Однако пригодность продукта для микроволнового нагрева ключевым образом зависит от его пенетрационных характеристик (т.е. способность к проницаемости). На рисунке 6.3 показаны значения микроволновой энергии как функции глубины проникновения. Кривая (а) получена при слабом рассеивании, т.е. характеризует слабую абсорбцию и объемное нагревание, что типично для льда и замороженных продуктов. Другой экстремальное условие – это кривая, где падающая энергия абсорбируется на поверхности со слабым проникновением, происходит поверхностное нагревание, свойственное конвективному или радиационному нагреву. Идеальная кривая характеризует линейную зависимость между энергией и глубиной. Однако наиболее обычная характеристика – это экспотенциальная кривая (с). Потери энергии с глубиной могут быть выражены в единицах проникновения глубины, которая определяется как расстояние от поверхности, при которой энергия уменьшается до доли e-1 падающей энергии (около 36,8%).
Рисунок 6.3 – Абсорбция микроволновой энергии как функция глубины проникновения.
Энергию P на глубине проникновения z можно определить следующим образо
где Р0 – падающая энергия; α’ – ослабляющий фактор, определяемый по формуле:
, (6.4) где λ – длина волны. Очень большое значение α’ предполагает слабую абсорбцию, а низкое значение означает, что нагревание имеет место только на поверхности. Энергия с частотой 915 МГц будет проникать более глубоко, чем энергия с частотой 2450 МГц и будет более подходящая для более толстых кусков пищи.
Опишите виды микроволновой обработки пищевых продуктов
Проблемы качества, с которыми сталкиваются при микроволновой выпечке, это твердая и жесткая текстура теста, быстрое черствение, слабая окраска, образование корочки и сухость продукта. Твердая и жесткая структура объясняется действием микроволн, вызывающих изменения глютена, вымывание амилозы во время выпечки и недостаточную клейстеризацию крахмала.
Длительное нахождение в конвективной печи способствует протеканию реакций Майяра, способствующих образованию коричневой окраски у продукта. В микроволновых печах процесс нагрева очень короткий, тепло поглощается продуктом, а воздух вокруг продукта остается холодным. Поэтому пары испаряющейся влаги, попадая в холодный воздух, быстро конденсируются. Это предотвращает образование коричневой окраски и хрустящей консистенции. При микроволновом нагреве в продукте образуются внутреннее давление и градиент концентраций, которые увеличивают поток влаги из продукта наружу. Поэтому, продукты, нагретые в микроволновой печи, теряют больше влаги, чем при конвективном нагреве.
В последние года исследования о микроволновой выпечке включают проблему улучшение качества продукта.
Обнаружено, что содержание клейковины (глютена) значительно влияет на твердость хлеба выпеченного в микроволновой печи. Хлеб из муки с низким содержанием клейковины мягче и объемнее, чем хлеб с высоким содержанием клейковины. Увеличение в рецептуре количества жира, эмульгаторов и декстрозы снижает потери при микроволновой выпечке хлеба. Использование эмульгаторов и камедей замедляет черствение кексов. Эмульгаторы и камеди также обладают синергетическим эффектом. Содержание жира значительно снижает твердость и потери веса при хранении кексов.
Сочетание микроволнового нагрева с нагреванием галогенными лампами является одним из последних достижений в микроволновой выпечке. Этот комбинированный способ сочетает достоинства каждого метода:
– достоинство нагрева галогенными лампами – образование коричневой окраски и хрустящей консистенции;
– достоинство микроволнового нагрева – экономия времени.
Высокие температуры или длительность процесса при конвективной сушке могут вызывать изменение цвета, вкуса, питательных веществ и регидратационной способности высушенного продукта.
Микроволновая сушка может быть альтернативным способом сохранения качества высушенного продукта. Она подходит для продуктов с высокой влажностью, таких как морковь, грибы и капуста, что объясняется высокими диэлектрическими свойствами воды, которая может легко поглащать микроволновую энергию. Физические механизмы, лежащие в основе микроволновой сушки, отличаются от механизмов конвективной сушки. Внутреннее тепло, образованное во время микроволнового нагрева, способствует образованию давления паров в продукте и выкачивает влагу на поверхность. Отвердения продукта в микроволновой сушке не происходит из-за эффекта выкачивания влаги. Таким образом, обеспечивается повышенная скорость сушки и улучшенное качество продукта без повышенной температуры поверхности. Однако, применение микроволновой сушки на промышленном уровне все еще низкое из-за высоких первоначальных капиталовложений. Еще одна проблема промышленного применения микроволновой сушки – неравномерное нагревание продукта.
Обычно микроволновый нагрев применяется в конце сушки, т.е. в период падающей скорости.
В целом, микроволновая сушка пищевых продуктов или ингредиентов с высокой влажностью (свыше 20%) неэкономична. Хотя влага имеет высокую диэлектрическую постоянную и легко поглощает микроволны, она обладает высокой удельной теплоемкостью. Для сокращения продолжительности сушки микроволновую энергию комбинируют с горячим воздухом, особенно в период падающей скорости сушки. Такой способ применялся для сушки долек апельсина, чеснока, соевых бобов, ягод, яблок, спаржи, моркови и картофеля.
Известно, что количество ненасыщенных жирных кислот во время сушки значительно снижается из-за действия высоких температур воздуха. Поэтому микроволновая сушка соевых бобов, являющихся богатым источником ненасыщенных жирных кислот, приобретает большое значение.
Комбинированная сушка с использованием микроволн и горячего воздуха для долек чеснока способствует сохранению 80-90% времени, затрачиваемому на конвективную сушку. Дольки чеснока, высушенные комбинированным способом, по сравнению с чесноком, высушенным конвективным способом, имеют более светлый свет, что объясняется пониженной температурой и короткой продолжительностью сушки. Кроме того, наблюдается хорошее сохранение летучих веществ чеснока.
Перспективно применение микроволновой сушки для некоторых специй, например, красного перца. Красный перец является одним из лучших субстратов для производства афлотоксина.
Для повышения качества сушеных продуктов перспективно использование предварительной осмотической обработки, которая кроме того снижает продолжительность сушки. Осмотическое обезвоживание можно проводить в растворе сахара или соли. Проблема неравномерного нагрева зернистого материала решается комбинированием микроволновой сушки и сушки в кипящем слое.
Еще одно из последних достижений в микроволновой сушке для улучшения качества продукта и равномерного распределения температуры – это применение периодической микроволновой сушки. В традиционной конвективной сушке для удаления влаги используются постоянная температура, влажность и расход воздуха. При периодическом способе сушка достигается с вариацией во времени температуры, расхода воздуха.
Микроволновое оттаивание и темперирование (закалка)
Темперирование определяется как доведение температуры продукта на несколько градусов ниже полного оттаивания (от -5 до -20С). Микроволновое темперирование является самым удачным применением микроволнового нагрева в пищевой промышленности. Системы темперирования с частотой 915 МГц периодического и непрерывного действия применяются в США, Европе, Великобритании, Китае, Японии, Корее и Австралии.
Недостатком конвективного оттаивания является длительность процесса, которая может привести к химическому и биологическому ухудшению продукта. Время оттаивания должно быть максимально коротким для снижения микробиального роста, ухудшения химического состава, потерь при вытекании сока и обезвоживания. Микроволновое оттаивание короче, чем конвективное. Однако недостаток этого способа – неравномерность оттаивания продукта. Например, некоторые части мяса могут свариться пока остальные части остаются замороженными во время оттаивания. Это явление называется стремительным нагревом. Поэтому необходимо контролировать тепло, генерируемое микроволнами. Неравномерность прогрева возникает из-за неравномерного распределения энергии и увеличения энергии абсорбции на жидких участках. Неравномерность температур при оттаивании биологических материалов внутри микроволновой печи зависит от размера, формы и диэлектрических свойств биологических материалов, величины и частоты микроволн. Маневренный режим мощности или использование пониженной мощности при непрерывном подводе являются эффективными способами минимизации неравномерности нагревания. Фрагмент времен, когда микроволны отсутствуют, позволяет сбалансировать неравномерность температур, и поэтому в промышленных микроволновых печах результаты прогрева более однородны.
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
Генератор из троса
Как известно, у Земли есть магнитное поле. Оно уже сейчас используется в системах ориентации космических аппаратов, но есть и другой вариант. Если размотать длинный трос, то можно либо получать электричество за счет торможения аппарата, либо разгоняться, пропуская ток через трос.
Силы, действующие на спутник, выпустивший проводящий трос
Пока что наибольшее развитие получила идея торможения аппаратов тросами для уменьшения количества космического мусора, но технически можно и обеспечить таким образом электропитание спутника, пусть и не очень длительное время.
Тепло и электричество
Когда над головой ярко светит Солнце, в космический холод не верится. Действительно, на освещенной стороне Луны температура поднимается выше 100°C. Но вот лунной ночью поверхность охлаждается ниже -100°C. На Марсе средняя температура в районе -60°C. А на орбите Юпитера, как мы уже говорили, Солнце дает только 1/25 того, что достается Земле. И, к счастью для планетоходов и межпланетных станций, есть вариант, при котором удобно обеспечиваются и подогрев и энергообеспечение космического аппарата.
Как известно, у одного и того же вещества может быть много изотопов — атомов, отличающихся только количеством нейтронов в ядре. И есть как стабильные, так и распадающиеся с разной скоростью изотопы. Подобрав элемент с удобным периодом полураспада можно использовать его в качестве источника энергии.
Одним из наиболее популярных изотопов является 238Pu (плутоний-238). Один грамм чистого плутония-238 генерирует примерно 0,5 Ватта тепла, а период полураспада в 87,7 лет означает, что энергии хватит надолго.
То, что ядерный распад выделяет тепло, означает, что его надо каким-то образом превратить в электричество. Для этого чаще всего используют термопару — сплавленные вместе два различных металла генерируют электричество при неравномерном нагреве. Сочетание источника энергии в виде распадающихся радиоактивных изотопов и термоэлектрических преобразователей дало название “радиоизотопный термоэлектрический генератор” или РИТЭГ.
РИТЭГи достаточно широко используются в космонавтике: они вырабатывали электричество для модулей научного оборудования, оставленных на Луне астронавтами “Аполлонов”, распадом изотопов обогревались советские “Луноходы”, на электричестве от РИТЭГа работали марсианские станции “Викинг” и ездит по Марсу “Кьюриосити”. РИТЭГи являются штатным источником электричества для аппаратов, отправляющихся во внешнюю солнечную систему — “Пионеров”, “Вояджеров”, “Новых горизонтов” и других.
РИТЭГи очень удобны тем, что не требуют никакого управления, не имеют движущихся частей и способны работать десятилетиями — “Вояджеры” остаются работоспособными уже более сорока лет, несмотря на необходимость отключения части оборудования из-за снижения выработки электричества. К сожалению, у них есть и недостаток — низкая плотность энергии (мощный РИТЭГ будет слишком много весить) и высокая цена топлива. Остановка производства плутония-238 в США и рост цен повлияли на то, что межпланетная станция “Юнона” отправилась к Юпитеру с огромными солнечными панелями.
Ядерные технологии обязательно поднимают вопросы безопасности, и у РИТЭГов уже давно есть сформировавшиеся технологии ее обеспечения. После 1964 года, когда авария американской ракеты-носителя со спутником, питавшимся от РИТЭГа, привела к заметному повышению радиационного фона по всей планете, РИТЭГи стали упаковывать в капсулы, выдерживающие падение в атмосфере, и последующие аварии заметных следов не оставили.