התרחיש הבא מוכר לכולנו: אחרי יום ארוך אנו חוזרים הביתה, גוועים ברעב, חסרי סבלנות וממהרים למלא את בטננו המקרקרת. מזל שיש לנו אוכל טעים שמחכה לנו במקרר! אך איך נחמם אותו הכי מהר? הדרכים רבות: אפשר לשים את האוכל בתנור או לחמם אותו בסיר או במחבת על הכיריים, אך הדרך המהירה ביותר היא ללא ספק המיקרוגל.

איך המיקרוגל מצליח לחמם את האוכל שלנו כל מהר? איך הוא פועל? הסרטון הבא מסביר ממה מורכב המיקרוגל וממחיש את אופן פעולתו. צפייה מהנה!
 

הסרטון הופק בידי EngineerGuy Series; תורגם בידי צוות דוידסון אונליין

 

חימום של אוכל במיקרוגל פועל על עיקרון שונה מאשר חימום בתנור או בגז. בתנור בישול, הדפנות מתחממות, מעבירות את החום לאוויר שבתא והאוויר הזה מחמם את המעטפת החיצונית של האוכל. חלק מהחום חודר בהדרגה פנימה וכך גם החלק הפנימי מתבשל עם הזמן.

תנור המיקרוגל פועל בצורה שונה לחלוטין, שמבוססת על כך שבמזון שאנו אוכלים יש המון מולקולות של מים. מולקולת המים היא ניטרלית (סך המטען שלה הוא אפס) אך חלוקת המטענים בה אינה אחידה, צד אחד של המולקולה טעון חיובית ולשני יש מטען שלילי, כלומר יש בה דיפול.

כשמפעילים את המיקרוגל נוצר בו גל עומד (גל מתנדנד שנשאר באותו מקום) בתדירות של כ-2.45 ג'יגה-הרץ. הגל האלקטרומגנטי הזה מפעיל כוח חשמלי על האזורים במולקולות שטעונים במטען חיובי או שלילי. כיוון שכיוון הכוח החשמלי תלוי במטען החשמלי שעליו הוא פועל, יוצא שעל אזורים שהמטען שלהם הפוך פועלים כוחות מנוגדים ולכן הם נעים בכיוונים מנוגדים. לכן, כשהגל האלקטרומגנטי מתנדנד, המטענים ההפוכים מתקרבים ומתרחקים, מולקולת המים מתנודדת ונוצר רטט.

הרטט – תנועה המוגברת של מולקולות המים – יוצר חיכוך בין מולקולות שכנות, שמתבטא בחימום וכתוצאה מכך בעליית הטמפרטורה של המזון שבו הן נמצאות. כיוון שהגלים האלקטרומגנטיים הללו חודרים בקלות את רוב סוגי המזון, האוכל כולו מתחמם בו-זמנית: כל מולקולות המים רוטטות ביחד, גם בעומק האוכל, והארוחה מתחממת באופן אחיד.

בסרטון מדגים לנו ביל המהנדס איך אפשר לראות את תופעת הגל העומד במיקרוגל ואפילו להעריך בצורה די מדויקת את אורך הגל שלו. לשם כך הוא מניח במיקרוגל מגש גדול של גבינה מגורדת. אחרי החימום אפשר לראות באופן ברור אזורים על המגש שבהם הגבינה נמסה ואזורים אחרים שבהם היא לא מושפעת כלל. במקומות שבהם אנרגיית הגל מקסימלית (השיאים והעמקים של הגל) הגבינה מתחממת מאוד. בנקודות הצומת של הגל העומד אין אנרגיה שתעבור למולקולות המים ותגרום להם לרטוט וכתוצאה מכך להתחמם, ולכן הגבינה לא נמסה כלל.

בגלל תופעת הגל העומד, בתנורי המיקרוגל המודרניים יש צלחת מסתובבת, שמאפשרת לכל האוכל מתחמם באופן אחיד.

כעת נותרת השאלה איך יוצרים גל אלקטרומגנטי בתדירות כל כך גבוהה? על כך אחראי המגנטרון – שפופרת רִיק שהיא לב לבו של תנור המיקרוגל.

המגנטרון הומצא כבר במהלך מלחמת העולם השנייה ושימש רכיב מרכזי במכ"מים. הוא מורכב מחוט להט, שנמצא במרכז גליל נחושת ומתחמם בהשפעת זרם חשמלי גבוה שעובר בו. כשהחוט מתחמם הוא פולט אלקטרונים לכל הכיוונים. יש הפרש מתחים גבוה בין חוט הלהט לבין גליל הנחושת החיצוני, שיוצר שדה חשמלי שמניע את האלקטרונים מהמרכז החוצה.

               
מגנטרון של מכשיר מיקרוגל | צילום: Pingu is Sumerian, ויקיפדיה

מסביב לחוט הלהט יש שדה מגנטי שגורם לכך שהאלקטרונים לא ינועו ישר אלא בתנועה מעגלית (מכיוון שלאלקטרונים ישנו מטען חשמלי, השדה המגנטי מפעיל עליהם כוח). האלקטרונים נעים בתנועה מעגלית וחולפים בתדירות מסוימת על פני פתחים (מעין חריצים שנעשו בנחושת). התנועה המעגלית הזו שלהם יוצרת קרינה אלקטרומגנטית שנפלטת מהחריצים בתדר קבוע. הקרינה הזאת היא הגל האלקטרומגנטי העומד שנוצר בתא של תנור המיקרוגל. החריצים במגנטרון חייבים להיות זהים לחלוטין כדי ליצור קרינה אחידה בהספק גבוה.

לסיום, נוסיף עוד כמה מילים לגבי בטיחות: בעבר חששו מהמיקרוגל וטענו שהוא פולט קרינה (אלקטרומגנטית) מזיקה לבני אדם. למעשה זה לא נכון, גם לא לגבי תנורי מיקרוגל ישנים, כיוון שבכולם יש רשת מתכת שממסכת את הקרינה לחלוטין.

לא רבים יודעים שבטלוויזיות הישנות הייתה קרן קתודית דומה מאוד לזו של המיקרוגל. אם נתחשב בכמות הזמן שילדים מבלים מול הטלוויזיה, אם עדיין יש ברשותכם טלוויזיה כזאת כדאי שתבדקו היטב שיש לה הגנת קרינה מחמירה, או שתחליפו אותה בטלוויזיה שטוחה ובטיחותית.

אנה גריבנין
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

19 תגובות

  • פז

    חוט הלהט במיקרוגל

    אשמח אם אפשר לפרט מדוע צריך דווקא את החוט להט? אין אפשרות ליצור אלקטרונים בצורות שונות? (לדוגמא נורות לד או טכנולוגיות אחרות)
    במידה ואפשר להשתמש בטכנולוגיה חלופית לחוט הלהט - האם יש עדיפות לחוט להט?

  • לירון

    האם יש משמעות נוספת לצפצוף של המיקרוגל בסוך פעולה?

    מעבר לתזכורת שהמזון מוכן, האם זה קשור למשל לרמת קרינה נמוכה כשהצפצוף מסתיים ושעכשיו "בטוח" לפתוח את הדלת? ואיזה יופי של אתר! כח הכבוד

  • אורטל

    אשמח גם לשמוע תשובה לשאלה זו

    תודה

  • מאור

    שתי שאלות ברשותכם:

    1. האם אכן אין קרינה שנפלטת החוצה ויכולה לסכן אותנו ? (תמיד היה נהוג להתרחק מדלת המיקרו - האם מיותר?)
    2. הוריי היקרים נוהגים לכסות את צלחת האוכל במכסה פלסטיק היות ולטענתם זה יוצר "חימום טוב יותר"? אשמח להפריך הטענה הזו - לדעתי זה מיותר.
    תודה!

  • מאור

    ???

    :/

  • איתי

    למה מיקרוגל משנה את כיוונו שרירותית בכל הפעלה ?

    האם יש לזה הסבר ?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה גריבנין

    מיקרוגל

    אין לזה סיבה מתוחכמת, כיוון הסיבוב אינו משפיע על אחידות החימום, וזה גם משתנה בין סוגי המיקרוגל - יש כאלו שתמיד מסתובבים לאותו הכיוון. זה תלוי בסוג המנוע שמותקן במיקרוגל ומסובב את הצלחת..

  • נתי

    סרטון, תרגום והסבר מעולים! טעות תרגום קטנה

    את המונח cooling fins מקובל לתרגם "צלעות קירור" ולא "צלחות". זהו המונח העברי המשמש בקורסים אקדמיים בתחום מעבר חום. כפי הנראה זו טעות הקלדה, אך כדאי לתקן זאת.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה גריבנין

    תוקן!

    תודה רבה :)

  • אליהו

    מיקרוגל והלחם שלי, וחלבונים מהתאים

    לצוות דוידסון אונליין שלום!
    באחת הכתבות באתר הסברתם על קרינת מיקרוגל ועל כך שחוץ מחימום המולקולות היא אינה מזיקה ככל הנראה.
    אני שמעתי שהחשש שמצאו חוקרים בקרינה אלקטרומגנטית הוא יציאת חלבונים מהתאים, דבר שעשוי לגרום נזק לטווח הארוך ולמנגנונים תאיים שונים. האם זה מוכר לכם?

    הדבר השני הרבה יותר פשוט... כשאני מחמם לחם, ולא על הרבה זמן (תכלס גם מאכלים אחרים) הוא יוצא בטעם אחר, טעם של פלסטיק כזה, כלומר קשה או צמיגי קצת, או שהופך להיות קשה אם מחומם יותר מידי.
    לא מדובר במצב בו המיקרוגל מחמם במצב בישול חזק או גבוה אלא בעוצמה רגילה ולזמן של חצי דקה עד דקה. במידה ואחמם באזור השתי דקות הלחם לאחר זמן בחוץ יהיה קשה, אך אם אשאיר אות בתוך המקרוגל הוא ישאר רך לזמן רב יותר. בנוסף הא לא מחומם בקערת פלסטיק או שהמקרוגל בעייתי ופולט חומרים, אותה תוצאה של טעם ומרקם מתקבלת גם במקרוגלים אחרים.

    אז רציתי לדעת מה הסיבה שהלחם מתקשה, למה הוא לא מתקשה כשאני משאיר אותו במיקרוגל, והאם זה אומר משהו על נזק כלשהו שנעשה למזון? התופעה ידועה? ומה עם הטעם המוזר (בטוסטר אובן בחימום רק להפשרה הריח אחר)?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    חימום מזון במיקרוגל

    בקשר לשאלה הראשונה – לא מצאתי שום איזכור לכך בקשר למיקרוגל.
    גם לא ברור לי בדיוק ממה החשש – אם אתה מדבר על המזון עצמו, ממילא מערכת העיכול מפרקת החלבונים שאנחנו אוכלים לאבני הבניין מהן הם בנויים (מפרקת לחומצות אמינו). זאת הסיבה שתרופות שעשויות מחלבונים, כמו אינסולין למשל, אי אפשר לקחת דרך הפה אלא חייבים להזריק – כי באכילה האינסולין מתפרק למרכיביו... כך שזה לא משנה אפילו אם חלבונים יוצאים החוצה מהתאים – הכל מעוכל.
    אם התכוונת לנזק של קרינת מיקרוגל לבני אדם – כפי שמוסבר בכתבה, המכשיר איננו מסוגל להקרין החוצה – הקרינה 'כלואה' בתוך גוף המיקרוגל.
    בנוסף, ראה גם כתבה נרחבת שלנו שסוקרת את כל המחקרים האחרונים על נזקי קרינה אלקטרומגנטית.

    בקשר לחימום המזון והמרקם השונה שלו – כל זה נובע בגלל אופי החימום של המיקרוגל: בניגוד לכל אמצעי חימום אחר כמו תנור, כיריים וכו' – שמחממים את המזון מבחוץ בלבד (ואחר-כך החום מולך באיטיות פנימה), קרינת המיקרוגל חודרת לתוך המזון ומחממת אותו גם מבפנים, ולכן לא נוצר קרום קשיח ויבש ללחם, אלא ההפך, מרכז הלחם מתחמם, המים שבתוכו מתאדים, ופורצים ועוברים דרך כל הלחם – והתוצאה היא לחם מרוכך ללא קרום קשיח.

    אם מחממים לזמן ארוך יותר – כבר כמות גדולה של מים ממרכז הלחם תתאדה – ואתה נותר עם לחם יבש ולכן קשה.

    ואחרון – השארת הלחם סגור בתוך המיקרוגל שומרת אותו בתוך סביבה מלאת אדי מים – שהתאדו מהלחם בזמן החימום וממלאים את חלל המיקרוגל, ולכן שמירה עליו בתוך המכשיר שומרת עליו לח יחסית – ולכן רך, אדים שנמצאים בתוך חלל המכשיר גם יכולים להיספג חזרה בלחם ולרכך אותו. כאשר מוציאים את הלחם, מעבירים אותו לאוויר הרגיל שהוא יבש יחסית (ובכל מקרה יבש בהרבה בהשוואה לאוויר שנמצא במיקרוגל), קצב האידוי של המים מהלחם גובר (תחשוב על כך שזיעה מתייבשת מהר יותר באוויר יבש בהשוואה לאוויר רווי לחות), וגם אין לחות חדשה שתיספג בלחם, והתוצאה – לחם שהולך ומתייבש במהירות, ולכן מתקשה במהירות. לגבי שינוי טעם – סביר להניח שגם זה בגלל אופי החימום השונה, שכאמור מחמים את מרכז הלחם במקום את חלקו החיצון – ומעלה ריחות אחרים מכרגיל, וגם משנה את מרקם המזון (מרקם המזון משפיע על תפיסת הטעם),

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אליהו

    המשך

    תודה על ההסבר הברור. מצאתי את ההתייחסות ליציאת חלבונים מהתאים, בתאי האדם, כתגובה לחשיפה לקרינה אלקטרומגנטית כאן: http://www.rambam-medicine.org.il/index.php?category_id=83
    נראה שיש תגובות נוספות כתוצאה מהקרינה, אשמח לשמוע את דעתך למובא במאמר

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תגובת המשך

    אחלק את תשובתי לשניים:

    באופן ספציפי– בקשר לטענות על יציאת חלבונים מהתאים: האתר מדבר על יציאת חלבונים ומעברים באופן מוגבר לתוך המוח דרך מחסום דם-מוח, ואף גרימת נזק למוח – מקורות 2 ו-3 במאמר. איתרתי את המאמרים, אפשר לקרוא תקציר כאן וכאן. שני המאמרים משנת 2003 ו-2008 נעשו על ידי קבוצות מחקר בשבדיה, ואכן מצאו כפי שמתואר. אבל במדע – לא ניתן להסיק מסקנות חד משמעיות על סמך מחקר שבוצע ב 8 או 26 חולדות, כיוון שיש תנודות טבעיות בביולוגיה ביצורים שונים ובזמנים שונים, ועל-כן צריך לחזור על הניסוי שוב ושוב, ועל ידי קבוצות מחקר שונות, ולראות האם התוצאה חוזרת על עצמה, ואם כן – אז אכן זו תופעת אמת ולא סתם תנודה סטטיסטית.

    בדיקה קצרה שערכתי – מגלה שבשנת 2009 פרסמו מאמרים על ידי שתי קבוצות מחקר שונות, שחזרו על הניסויים השבדיים, קבוצה ביפן (תקציר כאן) וקבוצה מצרפת (תקציר כאן).
    למרות שחזרו על אותו פרוטוקול ניסוי, שתי קבוצות המחקר לא מצאו את התופעות המתוארות במחקר השבדי, מה שמחליש מאוד את תקפותו – כלומר לא ניתן לקבוע מסקנה חד-משמעית כלשהי.

    גם בכתבה שלנו על נזקי הקרינה האלקטרומגנטית – מובאים שם מקרים של מחקר שמצא ממצא כלשהו (כמו השפעה על תאי זרע) ומחקר אחר – שלא מצא. כדאי לך לקרוא את המאמר שלנו, ובייחוד החלק על הקשר בין קרינה להתפתחות מחלות.

    ומכאן באופן כללי על המאמר באתר ששלחת – עצם העובדה שלא הייתה לו את ההגינות לכתוב ששני מחקרי המשך לא מצאו את האפקט המדובר, ועצם העובדה שהוא לא מציין ולא מביא ברשימת המקורות אפילו לא מחקר אחד מתוך עשרות מחקרים נוספים שלא מצאו כל אפקט, אלא מביא רק מחקרים המראים נזק – מראה שהוא עשה מה שנקרא 'ליקוט דובדבנים' – הוא מלקט רק את המאמרים שתומכים ברעיון שהוא רוצה להביא, ובכך מבצע מניפולציה ולא מראה את התמונה המלאה, ולכן יש להתרחק מאתרים כאלה. אם היה הגון – היה פורש את התמונה המדעית המלאה, כפי שאנחנו ניסינו לעשות.
    בשיטת ליקוט הדובדבנים – אפשר להציג היום כמעט כל דעה כמגובה מדעית – למשל שאורז מסרטן – כדאי לך מאוד לקרוא את הכתבה שלנו על האורז כדי להבין את המניפלציה.

    ואסכם במשפט מתוך כתבת הסקירה שכתבנו: "הדעות על ההשפעה הבריאותית של הקרינה הסלולרית עדיין חלוקות. חוקרים רבים סבורים שרק בעתיד, אחרי חשיפה ארוכת טווח באמת לטלפונים סלולריים, נוכל לדעת בוודאות אם הקרינה הסלולרית אכן פוגעת בבריאותנו."

    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אליהו

  • udi

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה גריבנין

    מיסוך

    בתוך תנור המיקרוגל ישנו מעין כלוב מתכתי המונע מהקרינה לצאת החוצה. הכלוב הנל בנוי מחומר מוליך ובו אלקטרונים חופשיים רבים. ברגע שקרינה פוגעת בחומר מתכתי (כלשהו) האלקטרונים שבמתכת ממסכים קרינה זו, כלומר הם זזים במתכת בצורה כזו שמבטלת את כל השדות בה ולכן אין במתכת קרינה (בחומר מוליך אף פעם אין שדה חשמלי). על מנת שהאלקטרונים במתכת יעשו זאת באופן אפקטיבי על המתכת להיות עבה מספיק, ואז אין קרינה שעוברת מבעד למתכת החוצה.

  • ufi

    שאלת המשך

    תודה על התשובה!
    האם יש דרך לבדוק, באמצעים פשוטים, את איכות המיסוך, וכך לוודא שהמיקרוגל לא מקרין החוצה קרינה?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה גריבנין

    איכות המיסוך

    בדיקה אמיתית נעשית ע"י מכון התקנים, אך ישנה שיטה (לא מדוייקת) פשוטה מאוד שניתן לבדוק האם המיקרוגל אטום לקרינה: שמים טלפון סלולרי בתוך המיקרוגל ומנסים להתקשר אליו - אם המיקרוגל אטום כנראה שלא תצליח לחייג.
    שיטה זו לא מדוייקת משום שקרינת המיקרוגל היא בתדירות של 2.45 ג'יגה-הרץ והתדירות של קרינה סלולרית יכולה להיות בסביבות 1 - 2 ג'יגה הרץ, והעוצמה משתנה.

  • ufi