Microondas: compara el calor y observa el magnetrón

Por qué las sobras salen calientes aquí y frías allí

El componente que produce las ondas en un horno microondas es el magnetrón. Convierte energía eléctrica en microondas de 2,45 GHz, con una longitud de onda de 12,2 cm, que viajan por una guía de ondas hasta la cámara de cocción. Las reflexiones en las paredes metálicas crean zonas de campo fuerte y débil, así que la comida se calienta de forma desigual.

Calienta un trozo de pizza en el microondas y dale un bocado. Una esquina te quema la lengua y un punto del centro sigue frío como recién salido de la nevera. El horno no tiene llama ni resistencia, así que ¿de dónde viene ese calor desigual? De una onda de unos 12 centímetros que llena la caja metálica y se queda quieta en ella, con lugares fuertes y débiles que no cambian de sitio.

El modelo de arriba es un horno microondas de encimera a tamaño real. Al empezar, la puerta se cierra, el techo se vuelve de cristal y el horno se enciende: unos puntos luminosos salen de la guía de ondas y rebotan en las paredes metálicas, la lupa situada sobre el horno muestra cómo las moléculas de agua empiezan a girar y la vista de cámara térmica enseña dónde se calienta el queso. La cámara de cocción está a la izquierda. A la derecha están las piezas que fabrican la onda: una fuente de alta tensión, un magnetrón y un tubo metálico corto llamado guía de ondas. Puedes cambiar el alimento por chocolate, una taza de agua o un cubito de hielo, arrastrarlo a otro lugar, cambiar el recipiente, abrir la puerta o agrandar los orificios de la rejilla de la puerta. La propia onda se ralentiza unos 2450 millones de veces para que puedas ver cómo oscila el campo.

El magnetrón convierte electricidad en onda

Un microondas necesita una fuente que produzca varios cientos de vatios a una única frecuencia fija, y además tiene que ser barata. Esa fuente es el magnetrón, un tubo de vacío de cobre y cerámica del tamaño de un puño.

En el centro del tubo está el cátodo, un filamento que se calienta hasta que emite electrones. A su alrededor está el ánodo, un bloque de cobre con paletas que apuntan hacia dentro. Una alta tensión atrae los electrones del cátodo hacia el ánodo. Si no ocurriera nada más, los electrones atravesarían el espacio en línea recta y el tubo funcionaría como un diodo ordinario.

Los dos imanes anulares lo cambian. Aplican un campo magnético constante a lo largo del eje del tubo, perpendicular al campo eléctrico. Un electrón en movimiento dentro de un campo magnético recibe una fuerza lateral, así que en lugar de salir en línea recta se curva y gira alrededor del cátodo. Por eso HyperPhysics llama al magnetrón un dispositivo de «campos cruzados».

Los huecos entre las paletas de cobre son las cavidades resonantes. Cada una se comporta como un diminuto circuito con su propia frecuencia natural, igual que el aire de una botella cuando soplas por encima de la boca. Cuando los electrones en remolino pasan junto a las puntas de las paletas, empujan la carga de un lado a otro de los huecos a esa frecuencia natural y alimentan la oscilación. Los electrones se agrupan en radios giratorios; con ocho cavidades hay cuatro radios, que son los puntos luminosos que muestra el modelo cuando Ver el interior está activado. Una antena corta, situada sobre el ánodo, saca la oscilación del tubo.

La fuente que alimenta todo esto consta de un transformador, un condensador y un diodo. Una ficha técnica de la University of Michigan sitúa la tensión del magnetrón en unos 4000 voltios y la potencia de salida de un horno doméstico en unos 700 vatios. El ventilador situado detrás del magnetrón está ahí porque el tubo convierte una parte considerable de su potencia eléctrica en calor, y ese calor hay que evacuarlo con aire.

La guía lleva la onda al alimento

La antena no apunta directamente a la comida. Se introduce en un tubo metálico rectangular, la guía de ondas, que conduce la onda hasta una abertura en la pared lateral de la cámara. La abertura suele estar cubierta por una fina placa de mica que deja pasar la onda y mantiene la grasa fuera.

Un tubo metálico solo puede transportar una onda si es lo bastante ancho. Para el patrón más simple en un tubo rectangular, la mayor longitud de onda que pasa es el doble del ancho interior. El tubo del modelo tiene el tamaño de una guía de ondas WR-340 estándar, de 8,64 por 4,32 cm por dentro, así que su longitud de onda de corte es 2 × 8,64 = 17,28 cm. La onda de 12,24 cm del horno es más corta que eso, por lo que avanza. El siguiente patrón exigiría una longitud de onda inferior a 8,64 cm, de modo que solo cabe un patrón, lo que mantiene ordenada la alimentación.

Dentro del tubo, el patrón de la onda se repite cada

λg = λ / √(1 − (λ / 2a)²) = 12,24 / √(1 − (12,24 / 17,28)²) = 17,3 cm,

algo más que en el espacio libre. Las flechas de la guía muestran ese patrón deslizándose hacia la cámara.

Una onda estacionaria llena la caja

¿Por qué 2,45 GHz? Las bandas de radio se comparten, y unas pocas se reservan para equipos industriales, científicos y médicos que usan la energía de radio para algo distinto de comunicar. En Estados Unidos, 47 CFR 18.301 incluye 2450 MHz con una tolerancia de ±50 MHz como una de esas bandas, y los hornos domésticos la utilizan.

La longitud de onda se deduce de la frecuencia:

λ = c / f = 299 792 458 m/s ÷ 2 450 000 000 Hz = 0,1224 m, o 12,2 cm.

Las paredes de la cámara son de metal, y el metal refleja las microondas. Una onda que llega a la pared del fondo vuelve, se encuentra con la siguiente onda que va entrando y las dos se suman. En algunos lugares siempre se cancelan. Son los nodos, donde el campo apenas se mueve. A medio camino entre ellos las ondas siempre se suman y el campo oscila con más fuerza. Son los antinodos. El patrón no viaja: se queda quieto, por eso se llama onda estacionaria. A lo largo de una línea cualquiera, los nodos están separados media longitud de onda, 6,12 cm.

Una caja cerrada solo puede contener ciertas ondas estacionarias, llamadas modos. La cámara del modelo mide 29,49 cm de ancho y 31,28 cm de fondo, y esas cifras se eligieron para que dos modos encajen exactamente con la onda de 2,45 GHz. Para un modo con m medias ondas a lo ancho a y p medias ondas a lo largo del fondo d, la condición es

(m / a)² + (p / d)² = (2 / λ)².

Con m = 1 y p = 5: (1 / 0,2949)² + (5 / 0,3128)² = 11,50 + 255,51 = 267,0 por metro cuadrado, y (2 / 0,12236)² = 267,2. Con m = 3 y p = 4: 103,5 + 163,5 = 267,0. Ambos modos resuenan a 2,449 GHz, a menos del 0,1 por ciento de la frecuencia del magnetrón. El mapa naranja y azul del suelo de la cámara es la mezcla de los dos, y las flechas que hay encima muestran el campo subiendo y bajando.

Medir la velocidad de la luz con queso fundido

Un conocido experimento de cocina aprovecha este patrón. Se saca el plato giratorio, se pone un plato cubierto de queso o de chocolate, se enciende el horno un rato corto y se mide la distancia entre las zonas fundidas. Si esas zonas están separadas media longitud de onda, entonces

c = 2 × separación × f.

En el modelo, las franjas a lo largo del fondo proceden del modo con cinco medias ondas sobre 31,28 cm, así que están separadas 31,28 ÷ 5 = 6,26 cm. El doble de eso por 2,45 GHz da 3,07 × 10⁸ m/s, un 2,3 % por encima de la velocidad real de la luz. El pequeño error es real y conviene entenderlo. La onda de este modo no avanza exactamente de delante atrás: cruza la caja en un ángulo de unos 12°, de modo que las franjas junto a una pared están algo más separadas que los 6,12 cm de una onda que avanzara en línea recta. La regla situada a la izquierda del suelo de la cámara muestra ambas cosas: marcas naranjas cada 6,12 cm y marcas negras en los nodos de las franjas. Junto a la pared del fondo ya se han separado casi 7 mm.

Por eso una versión cuidadosa del experimento mide varios puntos y promedia, y por eso un resultado a pocos puntos porcentuales de 3 × 10⁸ m/s se considera un éxito.

La exposición te deja hacer la medición. Elige Chocolate, desactiva el plato giratorio y calienta unos 20 segundos. Donde el campo es fuerte, el chocolate se aclara y se vuelve brillante al fundirse. Pulsa dos zonas fundidas vecinas de una misma fila recta paralela al lado largo de la tableta: el panel da su distancia y el doble de esa distancia por 2,45 GHz. En las filas situadas a unos 5 cm a cada lado del centro, donde solo calienta el modo de cinco medias ondas, las zonas vecinas están a 6,25 cm y el resultado es 3,06 × 10⁸ m/s, cerca de un 2 % alto. A lo largo del centro de la tableta, el segundo modo añade sus propios puntos, y dos manchas fundidas pueden estar separadas una longitud de onda entera, lo que da una respuesta casi el doble de grande. El chocolate real tiene la misma trampa.

Qué cambia el plato giratorio

Fija el tiempo de calentamiento en 40 segundos con el plato giratorio desactivado. El queso desarrolla franjas y manchas naranjas sobre los antinodos, algunas de las cuales llegan a 100 °C, mientras que las franjas sobre los nodos se quedan cerca de 20 °C. El cálculo de energía sin límite da una media de 58 °C; la media mostrada puede ser menor a causa del tope de temperatura.

Ahora activa el plato giratorio. La onda no ha cambiado en nada; los lugares calientes y fríos siguen fijos al horno. Lo que cambia es que cada trozo de queso recorre un círculo y pasa por varios de ellos. Su calor es el promedio a lo largo de su círculo, así que las franjas se difuminan en anillos. Tras los mismos 40 segundos, la parte más fría del queso está a unos 49 °C y la más caliente a unos 93 °C, un rango de 44 grados en lugar de 80. La energía media aportada sin límite es la misma en ambos casos. La temperatura media mostrada puede diferir porque las celdas se limitan a 100 °C.

El centro del plato no se mueve, así que el plato giratorio no ayuda en ese punto. Sea cual sea el campo en el centro del horno, el centro del plato recibe exactamente ese. Algunos hornos usan en lugar de plato giratorio un agitador metálico, una pala que gira lentamente cerca de la entrada. Cambia el propio patrón en vez de mover la comida a través de él.

Cómo el campo se convierte en calor

La FDA explica que las microondas hacen vibrar las moléculas de agua de los alimentos y que eso produce calor. El panel ampliado del modelo muestra lo que significa. Una molécula de agua es angular, con el átomo de oxígeno en el vértice y dos átomos de hidrógeno en los extremos. Los electrones pasan más tiempo cerca del oxígeno, así que el extremo del oxígeno es ligeramente negativo y el del hidrógeno ligeramente positivo. Una molécula así es un dipolo eléctrico, y un campo eléctrico la hace girar de modo que su extremo positivo quede alineado con el campo.

En el horno, el campo completa 2450 millones de ciclos por segundo, de modo que las moléculas son tiradas primero hacia un lado y luego hacia el otro. No pueden seguirlo libremente, porque cada una choca y se enlaza con sus vecinas. El giro encuentra resistencia y es desordenado, y ese movimiento desordenado es calor. En el panel, las moléculas giran con el campo y se agitan más a medida que el queso se calienta.

Por eso mismo la comida no se calienta de dentro hacia fuera. La FDA señala que en los alimentos gruesos las capas externas se calientan sobre todo por las microondas y el centro sobre todo por el calor que llega por conducción desde el exterior caliente.

Por qué la rejilla retiene las ondas

La puerta es el único lugar por donde necesitas ver el interior. La solución es una chapa metálica llena de pequeños orificios detrás del vidrio. La luz tiene una longitud de onda de aproximadamente medio micrómetro y atraviesa los orificios con facilidad. Las microondas tienen una longitud de onda de 12,2 cm, y un orificio de 2 mm es unas 60 veces menor.

Un orificio se comporta como un tubo muy corto y, igual que con la guía de ondas, un tubo solo transmite ondas más cortas que su longitud de onda de corte. En un orificio redondo, la longitud de onda de corte es aproximadamente 1,7 veces su diámetro, aquí 3,4 mm. La onda del horno es 36 veces demasiado larga para atravesarlo. Dentro del orificio, el campo solo puede decaer: en un factor e cada medio milímetro aproximadamente. La ficha de la University of Michigan da la regla con claridad: las microondas no pueden atravesar la rejilla metálica si el ancho de la malla es mucho menor que la longitud de onda.

Las normas federales fijan cuánto puede escaparse. Según 21 CFR 1030.10, la densidad de potencia a 5 cm del exterior de un horno no puede superar 1 milivatio por centímetro cuadrado cuando se vende, y 5 milivatios por centímetro cuadrado después. La misma norma exige al menos dos enclavamientos de seguridad que apaguen el magnetrón cuando se abre la puerta. La FDA añade que la lectura baja a aproximadamente una centésima al pasar de 2 pulgadas (unos 5 cm) a 20 pulgadas (unos 50 cm) de distancia, y desaconseja usar un horno cuya puerta esté doblada o no cierre con firmeza.

El control Diámetro de los orificios convierte la lupa en un corte de la rejilla de la puerta a tamaño real, con la onda de 12,2 cm llegando desde el interior. Para cada tamaño de orificio, el panel da la longitud de onda de corte, 1,706 veces el diámetro, y una estimación de cuánto bloquea la onda un solo orificio: 20 log10(λ / 2d) decibelios para una ranura mucho menor que la longitud de onda, una regla práctica habitual en ingeniería, más 32 t / d decibelios para un orificio de profundidad t, que se deduce de la longitud de onda de corte. Con orificios de 2 mm en una chapa de 1 mm son unos 46 dB, un factor de unos 40 000 en potencia. Cerca de 50 mm la estimación baja de 3 dB, y a media longitud de onda, 61 mm, la rejilla deja de funcionar: la lupa muestra la onda pasando y los puntos escapan por la puerta. Estas cifras son valores del modelo para un único orificio; una rejilla real tiene miles de orificios, y además la puerta lleva una trampa perimetral alrededor del borde.

Por qué chispea un tenedor

La rejilla de la puerta también es de metal, así que ¿por qué es peligroso un tenedor? La diferencia es la forma. Una chapa plana y lisa con orificios diminutos refleja la onda sin hacer ruido. Un tenedor tiene cuatro dientes delgados que terminan en punta.

En el campo del horno, los electrones del metal van y vienen miles de millones de veces por segundo. Se acumulan en las puntas y los bordes, y el campo junto a una punta afilada se vuelve mucho más intenso que en el resto del horno. El físico Aaron Slepkov explicó a Live Science que puede llegar a ser lo bastante fuerte para arrancar electrones de las moléculas del aire. El aire ionizado absorbe las microondas todavía con más fuerza que el agua, así que una chispa recibe más energía y crece. Activa Tenedor en el horno en el modelo para ver las chispas saltar entre las puntas de los dientes.

Physics Van, de la University of Illinois, advierte de que las chispas de los cierres de alambre y de otros metales puntiagudos pueden provocar un incendio, y de que un metal cercano a las paredes del horno puede formar un arco hacia ellas. Si ves chispas, detén el horno y retira el metal cuando esté apagado. Live Science señala que la lámina lisa y plana quizá no chispee en absoluto, mientras que la arrugada chispea pronto, y por eso los manuales suelen permitir pequeños fragmentos lisos como pantalla. Sigue siempre el manual de tu horno; la FDA también advierte de que algunos hornos no deben funcionar vacíos.

Calcular cuánto calor

El modelo supone que el queso absorbe 600 W, una cifra redonda por debajo de los 700 W que da la ficha de Michigan para un horno típico. El disco de queso mide 22 cm de diámetro y 6 mm de grosor, así que su volumen es π × 0,11² × 0,006 = 2,28 × 10⁻⁴ m³. Con una densidad de 1100 kg/m³ son 0,25 kg. Con un calor específico de 2,5 kJ por kilogramo y por kelvin, calentarlo un grado cuesta 627 J. Por tanto, la velocidad media de calentamiento es

600 W ÷ 627 J/K = 0,96 K por segundo.

Sin el tope de temperatura, 40 segundos subirían la media 38 K, de 20 °C a 58 °C. La media mostrada se calcula después de limitar cada celda, así que puede ser menor. El antinodo más caliente recibe 3,2 veces la media, por lo que llega a 100 °C en unos 26 segundos. El modelo limita cada punto a 100 °C y usa un color marrón para señalar el exceso de dosis de energía. La evaporación real implica calor latente, y el dorado real depende de la humedad y de la temperatura de la superficie; ninguno de los dos procesos se calcula aquí.

Qué omite el modelo

El mapa de calentamiento usa solo dos modos, sumados como patrones de calentamiento y no como ondas que interfieren. Un horno real, sobre todo con comida dentro, tiene muchos modos, y la propia comida curva y absorbe la onda. El campo del modelo apunta hacia arriba en todas partes; en una cámara real tiene componentes en todas las direcciones. El queso conduce el calor, así que los puntos calientes reales son más suaves en los bordes. Los 600 W, la densidad y el calor específico son suposiciones redondas para un queso blando, no valores medidos. La velocidad del plato giratorio, una vuelta cada 12 segundos, está elegida para el modelo. El magnetrón se dibuja con ocho paletas y conexiones simplificadas; los tubos reales varían en el número de paletas y en su disposición.

Otros valores del modelo: el queso absorbe el 75 % de la potencia ajustada (600 W a 800 W), el chocolate una cuarta parte de eso porque contiene poca agua, y la taza de agua el 70 %, que la calculadora te deja cambiar. El factor de posición de un objeto pequeño es 0,35 + 0,65 veces el campo local, de modo que su promedio es 1 sobre el centro del suelo. El hielo absorbe el 5 % de lo que absorbería el agua hasta que se funde. Un plato de cerámica toma el 5 % y un bol de acero deja pasar el 12 %. Los decibelios de la rejilla de la puerta son la regla práctica de un único orificio explicada antes. Los puntos luminosos que rebotan en las paredes muestran reflexiones; el patrón de calentamiento procede de la onda estacionaria, no de por dónde vayan los puntos. Los colores térmicos de las piezas del horno son ilustrativos.

Una tableta fundida en los años 1940

El magnetrón era un componente de radar de guerra. Según el National Inventors Hall of Fame, Percy Spencer, de Raytheon Company, encontró una forma más sencilla de fabricar magnetrones, que elevó la producción de 17 al día a 2600 al día. APS News describe cómo estampaba secciones finas de cobre y las apilaba, en lugar de mecanizar cada tubo a partir de un bloque macizo de metal.

APS News y el Lemelson-MIT Program cuentan la historia de la tableta. De pie junto a un magnetrón en funcionamiento, Spencer notó que una tableta de chocolate que llevaba en el bolsillo se había fundido. Probó con granos de maíz, que reventaron, y, según APS News, con un huevo, que explotó. Raytheon solicitó una patente para cocinar con microondas el 8 de octubre de 1945. Fue concedida el 24 de enero de 1950 como patente estadounidense US 2,495,429, «Método para tratar alimentos», con Spencer como inventor.

Los primeros hornos comerciales se llamaron Radarange. Lemelson-MIT los sitúa en 1947, mientras que APS News dice 1946, así que el año difiere según la fuente. Ambas describen máquinas de casi seis pies (unos 1,8 m) de altura y unas 750 libras (unos 340 kg) de peso. APS News añade que el invento llegó por primera vez al público en enero de 1947 en una máquina expendedora de perritos calientes de la Grand Central Terminal de Nueva York.

Cuánto tardaría una taza de agua

Otro cálculo, aparte, permite ver mejor la diferencia entre la potencia nominal y la potencia absorbida. Supón que una taza contiene 250 g de agua, inicialmente a 20 °C, y que el objetivo es llegar a 80 °C. Usa un calor específico constante de 4,18 J/g·K como aproximación redondeada en este intervalo. El aumento de temperatura necesario es de 60 K, así que el agua necesita

Q = mcΔT = 250 × 4,18 × 60 = 62 700 J.

Supón que el horno tiene una potencia nominal de 800 W de salida de microondas, no 800 W de entrada eléctrica. Si todos los julios de esa salida calentaran el agua, el tiempo sería 62 700 ÷ 800 = 78,4 segundos. Con un factor de acoplamiento de la carga ilustrativo del 70 %, el agua recibe 560 W y el tiempo pasa a ser 62 700 ÷ 560 = 112 segundos. Este factor es una suposición del ejemplo, no una eficiencia medida válida para todos los hornos. Excluye la pérdida de conversión de electricidad en microondas, que ya está implícita en la distinción entre potencia de entrada y de salida.

Con un acoplamiento supuesto del 50 %, el mismo cálculo da 400 W y 157 segundos. Estos ejemplos explican por qué los vatios por sí solos no pueden predecir un tiempo de calentamiento exacto. La taza también absorbe energía, y parte del calor se escapa a la habitación. La cantidad de agua y la geometría del recipiente cambian cómo se acopla la carga a la cavidad. El cálculo ignora esas pérdidas y supone una temperatura bien mezclada. No es una instrucción de cocina ni una garantía de que una taza concreta quede caliente de manera uniforme.

La caja Tu microondas, situada bajo los controles, hace esta aritmética para tu propio horno: introduce la potencia de salida de su etiqueta, el tiempo, la cantidad de agua, la temperatura inicial y la parte que llega al agua. Calentar en la escena coloca sobre el plato giratorio una taza con los mismos valores, en un lugar donde su círculo promedia el campo medio, de modo que la escena alcanza la misma temperatura. En la escena también puedes arrastrar la taza a un lugar caliente o frío con el plato giratorio desactivado, lo que cambia la rapidez con que se calienta; el panel muestra el campo en la taza como múltiplo de la media (un valor del modelo).

La FDA advierte de que el agua calentada sola en una taza limpia puede sobrecalentarse, superar su punto de ebullición sin burbujear y salir disparada al mover la taza o al añadir algo. Añadir café instantáneo o azúcar antes de calentar reduce mucho el riesgo. Cuando la taza de la escena llega a 100 °C, el panel repite ese aviso. Calienta el agua en pasos cortos, remueve y deja reposar, en lugar de poner a prueba esta aritmética con ciclos largos.

Hasta dónde penetra la energía

Una longitud de onda de 12,2 cm en el aire no significa que las microondas penetren 12,2 cm en todos los alimentos. Dentro de un material con pérdidas, el campo se atenúa y la longitud de onda también cambia. La profundidad de penetración de potencia suele significar la distancia a lo largo de la cual la potencia de microondas que avanza cae a 1/e de su valor inicial, cerca del 37 %. No es un límite nítido más allá del cual el calentamiento se detenga de golpe. Al doble de esa profundidad queda aproximadamente un 14 % en el modelo exponencial sencillo.

Gezehegn y sus colegas midieron las propiedades del agua para sistemas de procesado de alimentos con microondas. A 2450 MHz, la profundidad de penetración de potencia de su agua purificada fue de 19 mm a 23 °C. La profundidad que comunicaron subió a 118 mm a 120 °C en las condiciones de procesado del estudio. Esa temperatura más alta no es una condición que se deba reproducir en una taza abierta de cocina. La comparación muestra cuánto depende la penetración de la temperatura del material; un valor a temperatura ambiente no puede trasladarse sin cambios a un proceso industrial caliente.

Los alimentos añaden más complicaciones. Los iones disueltos contribuyen a la pérdida dieléctrica, y una comida contiene zonas con distinto contenido de humedad. La revisión de Vollmer describe el calentamiento iónico en alimentos salados junto con la respuesta de los dipolos del agua. La profundidad de penetración resultante no es una especificación universal impresa en el horno. Una porción gruesa puede recibir energía de microondas en su volumen y aun así depender de la conducción para llevar a temperatura un centro mal calentado. Tapar, remover cuando corresponda y respetar el tiempo de reposo indicado resuelven partes distintas de ese problema.

Los alimentos congelados son un contraste útil. En el hielo, las moléculas de agua están sujetas por una red cristalina, así que sus dipolos responden con mucha menos libertad al campo de microondas. El agua líquida absorbe con más fuerza a la frecuencia de cocción. Por tanto, una vez que una pequeña región se descongela, puede calentarse más rápido que una región vecina todavía congelada. Un borde caliente junto a un centro helado no prueba que la onda busque el lugar más frío. El funcionamiento intermitente del descongelado deja tiempo para que el calor fluya entre regiones. La exposición no calcula la fusión, el calor latente ni los cambios en las propiedades dieléctricas, así que los colores del queso no deben usarse para predecir cuánto tarda en descongelarse una comida congelada.

Qué establece una medición con chocolate

La actividad del chocolate de la University of Waterloo describe el uso de chocolate quieto para revelar los puntos calentados. La deducción exige una suposición adicional: las zonas que se comparan deben representar antinodos vecinos de un patrón de onda estacionaria adecuado. Las manchas fundidas son un registro de temperatura, no una fotografía directa del campo eléctrico instantáneo. El calor se extiende mientras la muestra se calienta, y varios modos pueden situar los máximos vecinos más cerca o más lejos de lo que sugiere la sencilla imagen de la media longitud de onda.

Para una separación hipotética de 6,0 cm, el cálculo elemental da 2 × 0,060 × 2,45 × 10⁹ = 2,94 × 10⁸ m/s. Si localizar el centro de una mancha ancha deja una incertidumbre de 0,5 cm en la separación, la incertidumbre relativa ya es 0,5 ÷ 6,0, cerca del 8 %. Dar muchos decimales ocultaría esa incertidumbre. Medir a lo largo de varias manchas regularmente espaciadas puede reducir el error de la regla, pero no elimina una identificación incorrecta del modo.

En esta exposición, la separación de franjas de 6,26 cm que se muestra corresponde a un modo concreto de la cavidad, mientras que 6,12 cm es la media longitud de onda en el aire. La diferencia es intencionada. Una coincidencia aparentemente buena con la velocidad de la luz aceptada no demuestra que cada mancha fundida vecina represente la misma geometría. Usa la regla en pantalla para la comparación, sin desmontar ningún aparato. Nunca anules el enclavamiento de la puerta ni abras el compartimento de alta tensión; el dibujo del magnetrón es un modelo, no una guía de reparación.

Hielo junto al agua

Elige Cubo de hielo. Un cubito de 30 g parte de −18 °C y, en el modelo, absorbe solo el 5 % de lo que absorbería la misma masa de agua líquida. La revisión de Vollmer da la razón: a 2,45 GHz el factor de pérdida del hielo es aproximadamente una milésima del del agua líquida, porque las moléculas fijadas en un cristal apenas pueden girar. El 5 % es un valor del modelo que sustituye las finas películas de agua de deshielo de un cubito real. Cuando el cubito llega a 0 °C empieza a fundirse, y cada gramo de agua de deshielo absorbe con fuerza, de modo que la fusión se acelera sola. Con la cámara térmica activada se ve que el cubito sigue oscuro mientras el charco que lo rodea se ilumina. Es el mismo círculo vicioso que deja una comida congelada helada en un sitio y hirviendo en otro, y la razón por la que los programas de descongelado encienden y apagan el magnetrón.

Metal en la escena

El control Recipiente cambia lo que sostiene la comida. El vidrio y la cerámica dejan pasar las microondas, como explica la FDA, y solo se calientan por contacto con el alimento. Un bol de acero las refleja: en el modelo, el alimento que contiene absorbe el 12 % de la potencia habitual (un valor del modelo), y el panel avisa de que el metal cercano a las paredes puede chispear. La FDA desaconseja las bandejas metálicas y el papel de aluminio por el mismo motivo: cocción desigual y posibles daños en el horno. Tenedor en el horno muestra el otro problema, las puntas afiladas. Cuando aparezcan chispas, detén el horno; uno de los retos te pide hacerlo en tres segundos.

Comparaciones en pantalla

Pausa la reproducción antes de comparar ajustes, para que el tiempo de calentamiento no avance entre una observación y otra. Desactiva Plato giratorio, fija Tiempo de calentamiento en 20 segundos y anota el rango de temperatura del queso. Después elige 40 segundos. Antes de alcanzar el tope de temperatura, la dosis calculada en un punto fijo crece en proporción al tiempo. Cuando un punto llega a 100 °C, su temperatura mostrada deja de subir y en su lugar su color se oscurece. Ese color es una señal de exceso de dosis, no un cálculo de la química de la corteza.

Compara el mismo tiempo de calentamiento con Plato giratorio activado. La comida en movimiento muestrea el campo fijo a lo largo de trayectorias circulares. No hace girar el patrón de onda estacionaria de la cavidad. Las temperaturas mínima y máxima son una prueba más útil de la uniformidad que una sola media; además, la media mostrada refleja el tope de temperatura del modelo. Un punto fijo justo en el eje de giro no puede muestrear otro lugar.

Cámara térmica colorea cada superficie según su temperatura, de oscuro a 15 °C a blanco a 100 °C, como lo haría una cámara térmica dirigida a la comida. El magnetrón y el transformador se calientan mientras el horno funciona. Potencia fija la salida del horno; el panel muestra cuánta absorbe el alimento en el modelo. Mostrar el campo oculta las flechas y los puntos de reflexión para que la comida se lea mejor. Diámetro de los orificios cambia la lupa a la rejilla de la puerta a tamaño real, descrita antes. Al pulsar la puerta, se abre y el enclavamiento detiene el horno al instante.

Ninguno de estos controles cambia la frecuencia de funcionamiento. Comparar ajustes pone a prueba este modelo concreto; no certifica el nivel de fuga de un horno real ni establece que la comida haya alcanzado una temperatura segura para servirla.