Micro-ondas: compare o aquecimento e veja o magnétron

Por que as sobras saem quentes aqui e frias ali

O componente que produz as ondas no forno de micro-ondas é o magnétron. Ele transforma energia elétrica em micro-ondas de 2,45 GHz, com comprimento de onda de 12,2 cm, que seguem por uma guia de ondas até a câmara de cozimento. As reflexões nas paredes metálicas criam pontos fortes e fracos, e por isso a comida esquenta de forma desigual.

Esquente uma fatia de pizza no micro-ondas e dê uma mordida. Um canto queima a língua, e um ponto no meio ainda está gelado como se tivesse acabado de sair da geladeira. O forno não tem chama nem resistência, então de onde vem esse calor desigual? A resposta é uma onda de cerca de 12 centímetros que enche a caixa de metal e fica parada dentro dela, com lugares fortes e fracos que não saem do lugar.

O modelo acima é um forno de micro-ondas de bancada em tamanho real. Quando ele começa, a porta se fecha, o topo vira vidro e o forno liga: pontos luminosos saem da guia de ondas e quicam nas paredes metálicas, a lupa acima do forno mostra as moléculas de água começando a girar, e a visão da câmera térmica mostra onde o queijo está esquentando. A câmara de cozimento fica à esquerda. À direita estão as peças que produzem a onda: uma fonte de alta tensão, um magnétron e um tubo metálico curto chamado guia de ondas. Você pode trocar o alimento por chocolate, uma xícara de água ou um cubo de gelo, arrastá-lo para outro lugar, mudar o recipiente, abrir a porta ou aumentar os furos da tela da porta. A própria onda está desacelerada cerca de 2,45 bilhões de vezes, para que dê para ver o campo oscilar.

O magnétron transforma eletricidade em onda

Um forno de micro-ondas precisa de uma fonte que produza algumas centenas de watts numa única frequência fixa, e ela tem de ser barata. Essa fonte é o magnétron, um tubo a vácuo de cobre e cerâmica do tamanho de um punho.

No meio do tubo fica o cátodo, um filamento aquecido até liberar elétrons. Em volta dele está o ânodo, um bloco de cobre com aletas voltadas para dentro. Uma alta tensão puxa os elétrons do cátodo em direção ao ânodo. Se nada mais acontecesse, eles atravessariam o espaço em linha reta e o tubo funcionaria como um diodo comum.

Os dois ímãs em forma de anel mudam isso. Eles criam um campo magnético constante ao longo do eixo do tubo, em ângulo reto com o campo elétrico. Um elétron em movimento dentro de um campo magnético sofre uma força lateral, então, em vez de sair em linha reta, ele faz uma curva e gira em torno do cátodo. É por isso que a HyperPhysics chama o magnétron de dispositivo de "campos cruzados".

Os espaços entre as aletas de cobre são as cavidades ressonantes. Cada uma se comporta como um minúsculo circuito com sua própria frequência natural, parecido com o ar dentro de uma garrafa quando você sopra pela boca. Quando os elétrons em redemoinho passam pelas pontas das aletas, eles empurram carga elétrica de um lado para o outro dos espaços, nessa frequência natural, e alimentam a oscilação com energia. Os elétrons se agrupam em raios que giram; com oito cavidades há quatro raios, que são os pontos luminosos que o modelo mostra quando Ver por dentro está ligado. Uma antena curta no alto do ânodo leva a oscilação para fora do tubo.

A fonte que alimenta tudo isso é composta por um transformador, um capacitor e um diodo. Um resumo técnico da University of Michigan indica uma tensão no magnétron de cerca de 4000 volts e uma potência de saída de cerca de 700 watts num forno doméstico. O ventilador atrás do magnétron existe porque o tubo converte em calor uma boa parte da sua potência elétrica, e esse calor precisa ser soprado para longe.

A guia de ondas leva a onda ao alimento

A antena não aponta direto para a comida. Ela entra num tubo metálico retangular, a guia de ondas, que conduz a onda até uma abertura na parede lateral da câmara. A abertura costuma ser coberta por uma fina placa de mica, que deixa a onda passar e impede a entrada de gordura.

Um tubo metálico só consegue transportar uma onda se for largo o bastante. Para o padrão mais simples num tubo retangular, o maior comprimento de onda que passa é o dobro da largura interna. O tubo do modelo tem o tamanho de uma guia de ondas padrão WR-340, com 8,64 por 4,32 cm por dentro, então seu comprimento de corte é 2 × 8,64 = 17,28 cm. A onda de 12,24 cm do forno é mais curta do que isso, por isso ela viaja. O padrão seguinte exigiria um comprimento de onda abaixo de 8,64 cm, de modo que só um padrão cabe, o que mantém a alimentação organizada.

Dentro do tubo, o padrão da onda se repete a cada

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

um pouco mais do que no espaço livre. As setas na guia de ondas mostram esse padrão deslizando em direção à câmara.

Uma onda estacionária preenche a caixa

Por que 2,45 GHz? As faixas de rádio são compartilhadas, e algumas são reservadas para equipamentos industriais, científicos e médicos que usam energia de rádio para algo diferente de comunicação. Nos Estados Unidos, o 47 CFR 18.301 lista 2450 MHz, com tolerância de ±50 MHz, como uma dessas faixas, e os fornos domésticos a utilizam.

O comprimento de onda decorre da frequência:

λ = c / f = 299.792.458 m/s ÷ 2.450.000.000 Hz = 0,1224 m, ou 12,2 cm.

As paredes da câmara são de metal, e o metal reflete micro-ondas. Uma onda que bate na parede do fundo volta, encontra a onda seguinte que vem chegando, e as duas se somam. Em alguns lugares elas sempre se cancelam. Esses são os nós, onde o campo quase não se mexe. A meio caminho entre eles as ondas sempre se somam, e o campo oscila com a maior intensidade. Esses são os ventres. O padrão não viaja; ele fica parado, e é por isso que se chama onda estacionária. Ao longo de uma única linha, os nós ficam separados por meio comprimento de onda, 6,12 cm.

Uma caixa fechada só comporta certas ondas estacionárias, chamadas modos. A câmara do modelo tem 29,49 cm de largura e 31,28 cm de profundidade, e esses números foram escolhidos para que dois modos se encaixem exatamente na onda de 2,45 GHz. Para um modo com m meias ondas ao longo da largura a e p meias ondas ao longo da profundidade d, a condição é

(m / a)² + (p / d)² = (2 / λ)².

Com m = 1 e p = 5: (1 / 0,2949)² + (5 / 0,3128)² = 11,50 + 255,51 = 267,0 por metro quadrado, e (2 / 0,12236)² = 267,2. Com m = 3 e p = 4: 103,5 + 163,5 = 267,0. Os dois modos ressoam a 2,449 GHz, a menos de 0,1 por cento da frequência do magnétron. O mapa laranja e azul no piso da câmara é a mistura dos dois, e as setas acima dele mostram o campo subindo e descendo.

Medir a velocidade da luz com queijo derretido

Um experimento de cozinha bem conhecido usa esse padrão. Tire o prato giratório, ponha um prato coberto com queijo ou chocolate, deixe o forno ligado por pouco tempo e meça a distância entre os pontos derretidos. Se esses pontos estiverem separados por meio comprimento de onda, então

c = 2 × espaçamento × f.

No modelo, as faixas ao longo da profundidade vêm do modo com cinco meias ondas em 31,28 cm, então elas ficam separadas por 31,28 ÷ 5 = 6,26 cm. O dobro disso vezes 2,45 GHz dá 3,07 × 10⁸ m/s, 2,3 % acima da velocidade real da luz. O pequeno erro é real e vale a pena entendê-lo. A onda desse modo não corre exatamente da frente para o fundo; ela cruza a caixa num ângulo de cerca de 12°, então as faixas ao longo de uma parede ficam um pouco mais afastadas do que os 6,12 cm de uma onda que corresse em linha reta. A régua à esquerda do piso da câmara mostra os dois valores: marcas laranja a cada 6,12 cm e marcas pretas nos nós das faixas. Junto à parede do fundo, elas já se afastaram quase 7 mm uma da outra.

É por isso que uma versão cuidadosa do experimento mede vários pontos e tira a média, e por isso que um resultado a poucos por cento de 3 × 10⁸ m/s conta como um sucesso.

A exposição permite que você faça a medição. Escolha Chocolate, desligue o prato giratório e aqueça por cerca de 20 segundos. Onde o campo é forte, o chocolate fica mais claro e brilhante ao derreter. Toque em dois pontos derretidos vizinhos, numa mesma fileira reta ao longo do lado maior da barra: o painel mostra a distância entre eles e o dobro dessa distância vezes 2,45 GHz. Nas fileiras a cerca de 5 cm de cada lado do meio, onde só o modo de cinco meias ondas aquece, os pontos vizinhos ficam a 6,25 cm um do outro e o resultado é 3,06 × 10⁸ m/s, cerca de 2 % acima. No meio da barra, o segundo modo acrescenta pontos próprios, e duas manchas derretidas podem ficar separadas por um comprimento de onda inteiro, o que dá uma resposta quase duas vezes maior que a correta. O chocolate de verdade cai na mesma armadilha.

O que o prato giratório muda

Ajuste o tempo de aquecimento para 40 segundos, com o prato giratório desligado. O queijo desenvolve faixas e manchas laranja sobre os ventres, e algumas chegam a 100 °C, enquanto as faixas sobre os nós ficam perto de 20 °C. O cálculo de energia sem limite dá uma média de 58 °C; a média exibida pode ser menor por causa do limite de temperatura.

Agora ligue o prato giratório. Nada mudou na onda; os lugares quentes e frios continuam fixos no forno. O que muda é que cada pedaço de queijo percorre um círculo e passa por vários deles. O calor que ele recebe é a média ao longo do seu círculo, então as faixas se espalham em anéis. Depois dos mesmos 40 segundos, a parte mais fria do queijo está a cerca de 49 °C e a mais quente a cerca de 93 °C, uma faixa de 44 graus em vez de 80. A entrada média de energia sem limite é a mesma nos dois casos. A temperatura média exibida pode ser diferente porque as células são limitadas a 100 °C.

O centro do prato não se move, então o prato giratório não pode ajudá-lo. Seja qual for o campo no meio do forno, o meio do prato recebe exatamente esse campo. Alguns fornos usam um agitador metálico, uma pá de ventilador que gira devagar perto da entrada, em vez de um prato giratório. Ele remodela o próprio padrão, em vez de mover a comida através dele.

Como o campo se transforma em calor

A FDA explica que as micro-ondas fazem as moléculas de água da comida vibrarem, e que isso produz calor. O painel ampliado do modelo mostra o que isso significa. Uma molécula de água é angular, com o átomo de oxigênio no vértice e dois átomos de hidrogênio nas pontas. Os elétrons passam mais tempo perto do oxigênio, então a ponta do oxigênio fica ligeiramente negativa e a ponta do hidrogênio ligeiramente positiva. Uma molécula assim é um dipolo elétrico, e um campo elétrico a gira de modo que sua ponta positiva aponte na direção do campo.

No forno, o campo completa 2,45 bilhões de ciclos por segundo, então as moléculas são puxadas para um lado e depois para o outro. Elas não conseguem acompanhar livremente, porque cada uma está esbarrando e se ligando às vizinhas. O giro encontra resistência e é desordenado, e esse movimento desordenado é calor. No painel, as moléculas giram com o campo e tremem com mais força à medida que o queijo esquenta.

É também por isso que a comida não esquenta de dentro para fora. A FDA observa que, em alimentos espessos, as camadas externas são aquecidas principalmente pelas micro-ondas e o centro principalmente pelo calor conduzido para dentro a partir da parte externa quente.

Por que a tela prende as ondas

A porta é o único lugar por onde você precisa enxergar o interior. A solução é uma chapa metálica cheia de furos pequenos atrás do vidro. A luz tem comprimento de onda de cerca de meio micrômetro e passa pelos furos com facilidade. As micro-ondas têm comprimento de onda de 12,2 cm, e um furo de 2 mm é cerca de 60 vezes menor que isso.

Um furo se comporta como um tubo muito curto e, como no caso da guia de ondas, um tubo só transporta ondas mais curtas que o seu comprimento de corte. Para um furo redondo, o comprimento de onda de corte é cerca de 1,7 vez o diâmetro, aqui 3,4 mm. A onda do forno é 36 vezes longa demais para atravessá-lo. Dentro do furo, o campo só pode se extinguir: por um fator de e a cada meio milímetro, mais ou menos. O resumo da University of Michigan dá a regra com clareza: as micro-ondas não passam por uma tela metálica se a largura da malha for muito menor que o comprimento de onda.

Normas federais definem quanto pode vazar. Pelo 21 CFR 1030.10, a densidade de potência a 5 cm da parte externa de um forno não pode passar de 1 miliwatt por centímetro quadrado quando ele é vendido, e de 5 miliwatts por centímetro quadrado depois disso. A mesma norma exige pelo menos duas travas de segurança que desliguem o magnétron quando a porta se abre. A FDA acrescenta que a leitura cai para cerca de um centésimo quando você passa de 2 polegadas (cerca de 5 cm) para 20 polegadas (cerca de 50 cm) de distância, e recomenda não usar um forno cuja porta esteja torta ou não feche com firmeza.

O controle Diâmetro dos furos transforma a lupa num corte da tela da porta em tamanho real, com a onda de 12,2 cm chegando de dentro. Para cada tamanho de furo, o painel mostra o comprimento de onda de corte, 1,706 vez o diâmetro, e uma estimativa de quanto um furo bloqueia a onda: 20 log10(λ / 2d) decibéis para uma fenda muito menor que o comprimento de onda, uma regra prática comum na engenharia, mais 32 t / d decibéis para um furo de profundidade t, o que decorre do comprimento de corte. Com furos de 2 mm numa chapa de 1 mm, isso dá cerca de 46 dB, um fator de cerca de 40.000 em potência. Perto de 50 mm a estimativa cai abaixo de 3 dB, e em meio comprimento de onda, 61 mm, a tela deixa de funcionar: a lupa mostra a onda passando e os pontos vazando pela porta. Esses números são valores do modelo para um único furo; uma tela de verdade tem milhares de furos, e a porta também usa uma estrutura de bloqueio (choke) ao redor da borda.

Por que o garfo solta faíscas

A tela da porta também é de metal, então por que o garfo é perigoso? A diferença está na forma. Uma chapa lisa e plana, com pequenos furos, reflete a onda sem alarde. Um garfo tem quatro dentes finos que terminam em pontas.

No campo do forno, os elétrons do metal correm de um lado para o outro bilhões de vezes por segundo. Eles se acumulam nas pontas e nas bordas, e o campo junto a uma ponta afiada fica muito mais forte do que o campo no resto do forno. O físico Aaron Slepkov disse à Live Science que ele pode ficar forte o bastante para arrancar elétrons das moléculas do ar. O ar ionizado absorve micro-ondas ainda mais do que a água, então a faísca puxa mais energia e cresce. Ligue Garfo no forno no modelo para ver as faíscas saltando entre as pontas dos dentes.

O Physics Van, da University of Illinois, alerta que faíscas de arames de fechar embalagens e de outros metais pontiagudos podem causar um incêndio, e que um metal perto das paredes do forno pode abrir um arco elétrico até elas. Se você vir faíscas, pare o forno e retire o metal depois que ele estiver desligado. A Live Science observa que uma folha lisa e plana pode nem faiscar, enquanto uma folha amassada faisca rapidamente, e é por isso que os manuais costumam permitir pequenos pedaços lisos para proteger partes da comida. Siga sempre o manual do seu forno; a FDA também observa que alguns fornos não devem funcionar vazios.

Calculando o calor

O modelo supõe que o queijo absorve 600 W, um número redondo abaixo dos 700 W que o resumo da University of Michigan indica para um forno típico. O disco de queijo tem 22 cm de diâmetro e 6 mm de espessura, então seu volume é π × 0,11² × 0,006 = 2,28 × 10⁻⁴ m³. Com uma densidade de 1100 kg/m³, isso dá 0,25 kg. Com um calor específico de 2,5 kJ por quilograma por kelvin, aquecê-lo em um grau exige 627 J. Assim, a taxa média de aquecimento é

600 W ÷ 627 J/K = 0,96 K por segundo.

Sem o limite de temperatura, 40 segundos elevariam a média em 38 K, de 20 °C a 58 °C. A média exibida é calculada depois de limitar cada célula, então pode ser menor. O ventre mais forte recebe 3,2 vezes a média, por isso chega a 100 °C em cerca de 26 segundos. O modelo limita cada ponto a 100 °C e usa uma cor marrom para marcar o excesso de dose de energia. A evaporação real envolve calor latente, e o douramento real depende da umidade e da temperatura da superfície; nenhum dos dois processos é calculado aqui.

O que o modelo deixa de fora

O mapa de aquecimento usa apenas dois modos, somados como padrões de aquecimento e não como ondas em interferência. Um forno real, principalmente com comida dentro, tem muitos modos, e a própria comida desvia e absorve a onda. O campo no modelo aponta para cima em todos os lugares; numa câmara real ele tem componentes em todas as direções. O queijo conduz calor, então os pontos quentes reais são mais suaves nas bordas. Os 600 W, a densidade e o calor específico são suposições redondas para um queijo macio, não valores medidos. A velocidade do prato giratório, uma volta em 12 segundos, foi escolhida para o modelo. O magnétron é desenhado com oito aletas e ligações simplificadas entre elas; os tubos reais variam no número de aletas e na disposição.

Outros valores do modelo: o queijo absorve 75 % da potência ajustada (600 W em 800 W), o chocolate um quarto disso, porque contém pouca água, e a xícara de água 70 %, valor que a calculadora permite alterar. O fator de posição de um objeto pequeno é 0,35 + 0,65 vez o campo local, de modo que sua média seja 1 no meio do piso. O gelo absorve 5 % do que a água absorveria, até derreter. Um prato de cerâmica absorve 5 % e uma tigela de aço deixa passar 12 %. Os decibéis da tela da porta seguem a regra prática de um único furo descrita acima. Os pontos luminosos que quicam nas paredes mostram reflexões; o padrão de aquecimento vem da onda estacionária, não de por onde os pontos acabam passando. As cores térmicas das peças do forno são ilustrativas.

Uma barra derretida nos anos 1940

O magnétron era um componente de radar usado na guerra. Segundo o National Inventors Hall of Fame, Percy Spencer, da Raytheon Company, encontrou um modo mais simples de fabricar magnétrons, que elevou a produção de 17 por dia para 2600 por dia. A APS News descreve como ele estampava seções finas de cobre e as empilhava, em vez de usinar cada tubo a partir de um bloco maciço de metal.

A APS News e o Lemelson-MIT Program contam a história da barra de chocolate. Parado perto de um magnétron em funcionamento, Spencer notou que a barra de chocolate no seu bolso tinha derretido. Ele experimentou grãos de pipoca, que estouraram, e, segundo a APS News, um ovo, que explodiu. A Raytheon pediu uma patente para cozinhar com micro-ondas em 8 de outubro de 1945. Ela foi concedida em 24 de janeiro de 1950 como a patente americana 2,495,429, "Método de tratar alimentos", com Spencer como inventor.

Os primeiros fornos comerciais se chamavam Radarange. O Lemelson-MIT os data de 1947, enquanto a APS News diz 1946, então o ano difere conforme a fonte. Ambas descrevem máquinas com quase seis pés (cerca de 1,8 m) de altura e pesando cerca de 750 libras (cerca de 340 kg). A APS News acrescenta que a invenção chegou ao público pela primeira vez em janeiro de 1947, numa máquina de venda de cachorros-quentes na Grand Central Terminal, em Nova York.

Quanto tempo uma xícara de água levaria?

Um cálculo à parte torna mais fácil ver a diferença entre potência nominal e potência absorvida. Suponha que uma xícara contenha 250 g de água, inicialmente a 20 °C, e que a meta seja 80 °C. Use um calor específico constante de 4,18 J/g·K, como aproximação arredondada para essa faixa. O aumento de temperatura necessário é de 60 K, então a água precisa de

Q = mcΔT = 250 × 4,18 × 60 = 62.700 J.

Suponha que o forno seja especificado com 800 W de saída de micro-ondas, e não 800 W de entrada elétrica. Se cada joule dessa saída aquecesse a água, o tempo seria 62.700 ÷ 800 = 78,4 segundos. Para um fator de acoplamento da carga ilustrativo de 70 %, a água recebe 560 W e o tempo passa a ser 62.700 ÷ 560 = 112 segundos. Esse fator é uma suposição para o exemplo, não uma eficiência medida para todos os fornos. Ele não inclui a perda na conversão de eletricidade em micro-ondas, que já está implícita na distinção entre as especificações de entrada e de saída.

Com um acoplamento suposto de 50 %, o mesmo cálculo dá 400 W e 157 segundos. Esses exemplos explicam por que a potência em watts, sozinha, não consegue prever um tempo exato de aquecimento. A xícara também absorve energia, e o calor escapa para o ambiente. A quantidade de água e a geometria do recipiente mudam o modo como a carga se acopla à cavidade. O cálculo ignora essas perdas e supõe uma temperatura bem misturada. Ele não é uma instrução de cozinha nem uma garantia de que determinada xícara ficará uniformemente quente.

A caixa Seu micro-ondas, abaixo dos controles, faz essa conta para o seu próprio forno: informe a potência de saída que consta na etiqueta, o tempo, a quantidade de água, a temperatura inicial e a parcela que chega à água. Aquecer na cena coloca no prato giratório uma xícara com os mesmos valores, num lugar onde o seu círculo tem como média o campo médio, de modo que a cena chega à mesma temperatura. Na cena, a xícara também pode ser arrastada para um lugar quente ou frio, com o prato giratório desligado, o que muda a rapidez com que ela esquenta; o painel mostra o campo na xícara como um múltiplo da média (um valor do modelo).

A FDA alerta que a água aquecida sozinha numa xícara limpa pode ficar superaquecida, passando do ponto de ebulição sem formar bolhas, e jorrar de repente quando a xícara é movida ou quando se acrescenta algo. Colocar café instantâneo ou açúcar antes de aquecer reduz muito o risco. Quando a xícara da cena chega a 100 °C, o painel repete esse conselho. Aqueça a água em etapas curtas, mexa e deixe descansar, em vez de testar essa conta com aquecimentos longos.

Até onde a energia penetra

Um comprimento de onda de 12,2 cm no ar não significa que as micro-ondas penetrem 12,2 cm em qualquer alimento. Dentro de um material com perdas, o campo é atenuado, e o comprimento de onda também muda. A profundidade de penetração de potência costuma significar a distância ao longo da qual a potência da micro-onda que viaja cai a 1/e do valor inicial, cerca de 37 %. Não é uma fronteira nítida a partir da qual o aquecimento para de repente. Ao dobro dessa profundidade, restam cerca de 14 % no modelo exponencial simples.

Gezehegn e colegas mediram propriedades da água para sistemas de processamento de alimentos por micro-ondas. A 2450 MHz, a profundidade de penetração de potência da água purificada, no estudo deles, foi de 19 mm a 23 °C. A profundidade relatada subiu para 118 mm a 120 °C, nas condições de processamento do estudo. Essa temperatura mais alta não é uma condição para reproduzir numa xícara aberta na cozinha. A comparação mostra o quanto a penetração depende da temperatura do material; um valor à temperatura ambiente não pode ser levado sem alteração para um processo industrial quente.

Os alimentos trazem mais complicações. Íons dissolvidos contribuem para a perda dielétrica, e uma refeição contém regiões com teores de umidade diferentes. A revisão de Vollmer descreve o aquecimento iônico em alimentos salgados, ao lado da resposta dos dipolos da água. A profundidade de penetração resultante não é uma especificação universal impressa no forno. Uma porção grossa pode receber energia de micro-ondas em todo o seu volume e ainda depender da condução para levar até a temperatura um centro mal aquecido. Cobrir, mexer quando for adequado e respeitar o tempo de repouso indicado tratam de partes diferentes desse problema.

O alimento congelado é um contraste útil. No gelo, as moléculas de água estão presas por uma rede cristalina, então seus dipolos respondem com muito menos liberdade ao campo de micro-ondas. A água líquida absorve com mais intensidade na frequência de cozimento. Assim, quando uma pequena região descongela, ela pode esquentar mais depressa do que uma região congelada vizinha. Uma borda quente ao lado de um meio gelado não é prova de que a onda procurou o lugar mais frio. O modo de descongelamento intermitente deixa tempo para o calor fluir entre as regiões. A exposição não calcula o derretimento, o calor latente nem as mudanças nas propriedades dielétricas, então suas cores de queijo não devem ser usadas para prever o tempo de descongelamento de uma refeição congelada.

O que a medida com chocolate estabelece

A atividade do chocolate da University of Waterloo descreve o uso de chocolate parado para revelar pontos aquecidos. A inferência exige uma suposição a mais: os pontos que estão sendo comparados precisam representar ventres vizinhos de um padrão de onda estacionária adequado. As manchas derretidas são um registro de temperatura, não uma fotografia direta do campo elétrico instantâneo. O calor se espalha enquanto a amostra esquenta, e vários modos podem colocar máximos vizinhos mais perto ou mais longe do que a imagem simples de meio comprimento de onda sugere.

Para um espaçamento hipotético de 6,0 cm, o cálculo elementar dá 2 × 0,060 × 2,45 × 10⁹ = 2,94 × 10⁸ m/s. Se localizar o centro de uma mancha larga deixa uma incerteza de 0,5 cm no espaçamento, a incerteza relativa do espaçamento já é 0,5 ÷ 6,0, cerca de 8 %. Informar muitas casas decimais esconderia essa incerteza. Medir várias manchas regularmente espaçadas pode reduzir o erro da régua, mas não elimina uma identificação incorreta do modo.

Nesta exposição, o espaçamento de 6,26 cm entre as faixas, mostrado na tela, pertence a um modo específico da cavidade, enquanto 6,12 cm é o meio comprimento de onda no ar. A diferença entre eles é intencional. Uma coincidência aparentemente boa com a velocidade da luz aceita não prova que toda mancha derretida vizinha represente a mesma geometria. Use a régua da tela para a comparação, sem desmontar nenhum aparelho. Nunca anule a trava da porta nem abra o compartimento de alta tensão; o desenho do magnétron é um modelo, não um guia de manutenção.

Gelo ao lado da água

Escolha Cubo de gelo. Um cubo de 30 g começa a −18 °C e, no modelo, absorve apenas 5 % do que a mesma massa de água líquida absorveria. A revisão de Vollmer dá o motivo: a 2,45 GHz, o fator de perda do gelo é cerca de um milésimo do da água líquida, porque moléculas presas num cristal quase não conseguem girar. Os 5 % são um valor do modelo que representa as finas películas de água de degelo num cubo real. Quando o cubo chega a 0 °C, ele começa a derreter, e cada grama de água de degelo absorve com intensidade, de modo que o derretimento se acelera sozinho. Com a câmera térmica ligada, dá para ver o cubo continuar escuro enquanto a poça em volta dele fica mais clara. É o mesmo descontrole que deixa uma refeição congelada gelada num ponto e fervendo em outro, e é o motivo pelo qual os programas de descongelamento ligam e desligam o magnétron.

Metal na cena

O controle Recipiente muda o que segura a comida. Vidro e cerâmica deixam as micro-ondas passar, como a FDA explica, e só esquentam por causa da comida. Uma tigela de aço as reflete: no modelo, a comida dentro dela absorve 12 % da potência habitual (um valor do modelo), e o painel avisa que metal perto das paredes pode faiscar. A FDA desaconselha panelas de metal e papel-alumínio pelo mesmo motivo, cozimento desigual e possível dano ao forno. Garfo no forno mostra o outro problema, as pontas afiadas. Quando aparecerem faíscas, pare o forno; um dos desafios pede que você faça isso em três segundos.

Comparações na tela

Pause a reprodução antes de comparar os ajustes, para que o tempo de aquecimento não avance entre uma observação e outra. Desligue o Prato giratório, ajuste o Tempo de aquecimento para 20 segundos e anote a faixa de temperatura do queijo. Depois escolha 40 segundos. Antes de o limite de temperatura ser atingido, a dose calculada num ponto fixo cresce em proporção ao tempo. Depois que um ponto chega a 100 °C, a temperatura exibida deixa de subir e a cor escurece. Essa cor é um indício de excesso de dose, não um cálculo da química da crosta.

Compare o mesmo tempo de aquecimento com o Prato giratório ligado. A comida em movimento percorre o campo fixo ao longo de trajetórias circulares. Ela não gira o padrão de onda estacionária da cavidade. As temperaturas mínima e máxima são uma evidência mais útil da uniformidade do que uma média isolada; a média exibida também reflete o limite de temperatura do modelo. Um ponto fixo exatamente no eixo de rotação não consegue amostrar outro lugar.

A Câmera térmica colore todas as superfícies conforme a temperatura, do escuro a 15 °C ao branco a 100 °C, como faria uma câmera térmica apontada para a comida. O magnétron e o transformador também esquentam enquanto o forno funciona. Potência define a saída do forno; o painel mostra quanto dela a comida absorve no modelo. Mostrar o campo esconde as setas e os pontos de reflexão, para que a comida seja mais fácil de ler. Diâmetro dos furos troca a lupa para a tela da porta em tamanho real, descrita acima. Pressionar a porta a abre, e a trava desliga o forno na hora.

Nenhum desses controles altera a frequência de operação. Comparar ajustes testa este modelo em particular; isso não certifica o nível de vazamento de um forno real nem estabelece que a comida chegou a uma temperatura segura para servir.