1- Lịch sử

Percy Le Baron Spencer, ngày 8/10/1945 trình tòa bằng phát minh lò vi-ba

lovibaNam tước Spencer, kỹ sư vật lý hãng Raytheon -một trong những hãng chế tạo radar lớn nhất thế giới- nhận thấy rằng năng lượng tỏa ra trong các ống xử dụng cho radar tạo ra nhiệt.

Năng lượng điện từ này làm ông nảy ra một ý: ông lấy một nắm bắp khô gói vô trong một tờ giấy rồi đặt gói bắp vô trong range của ống thì tức khắc những hạt bắp nổ thành bắp rang.

Sau đó ông phát triển thành một chương trình áp dụng cho nhà bếp và trình tòa lò vi-ba đầu tiên theo kiểu này. Lúc đó nó có tên là Radarange (do chữ Radar và Range). Máy này có công suất 1600 watt. Nặng, cồng kềnh và đắt tiền, lúc đầu dùng cho bệnh viện va căng tin quân đội.

Mãi đến năm 1967 hãng Amana , một chi nhánh của Raytheon mới đưa các lò micro-waves ra thị trường.

Có những nguồn cho rằng Percy Spencer phát minh ra lò vi ba nhờ tình cờ thấy miếng chocolat mà ông để gần bộ hướng sóng bị mềm đi khi ông làm việc về radar cho viện kỹ thuật MIT ở Massachusetts năm 1945. Thấy có ích, phương thức này được kỹ nghệ hóa dưới hình thức một cái máy hâm nóng thưc ăn

Có nguồn khác cho rằng nước Anh đã sáng chế magnétron, máy tạo ra những làn sóng ngắn nhưng vào những năm 50 chính hãng Raytheon Hoa Kỳ đã áp dụng máy magnétron để hâm nóng thức ăn và được làm cho hoàn hảo vào cuối thập niên 60

2- Cách vận hành

Cũng như ánh sáng, các sóng radio và sóng X, sóng viba cũng là sóng điện từ. (electromagnétique). Sự khác biệt giữa các bức xạ này chỉ do vấn đề tần số: các sóng cực ngắn với tần số 2450 MHz (mégahertz), nằm giữa các sóng radio (từ vài trăm KHz đến 300 MHz) và các sóng radar, các sóng này gần với các tia hồng ngoại bắt dầu từ 300 GHz (gigahertz) đúng sát trước ánh sáng khả kiến. Bản chất của chúng giống như ánh sáng và các sóng radar: đối với sóng vi-ba , thủy tinh hay sành sứ được xem như trong suốt nên sóng đi xuyên qua, còn các mặt phẳng kim loại thì giống như những tấm gương nên sóng bị phản chiếu trở lại.

Trong một lò cổ điển, nguồn năng lượng bức xạ không những làm vật chất bị đốt nóng mà còn làm nóng luôn nguyên bộ lò và tất cả những gì trong lò như không khí, đồ đựng thức ăn, thực phẩm.

Bộ máy micro-ondes (vi ba) thì khác: các sóng vi-ba được phản chiếu bởi thành kim loại của lò và đi xuyên qua các đồ vật đựng thức ăn (thủy tinh, sành sứ, nhựa, giấy). Các sóng vi-ba tác động và làm nóng các phân tử chất béo, đường và nước (phần lớn thức ăn chứa 65 đến 95% nước)

fourmi1

fourmi22

3- Magnétron:

Magnétron là máy phát điện có tần số rất lớn. Nó biến dòng điện thành bức xạ vi-ba có tính điện từ nên magnétron là một máy phát sóng.

Sóng viba từ máy phát được truyền theo ống dẫn sóng đến quạt phát tán để đưa sóng ra mọi phía. Ở giữa lò,các sóng phân tán đếu đặn bằng cách phản chiếu lên các thành lò.

Thức ăn được đốt nóng bởi các phân tử nước. Dưới tác dụng của điện từ trường, các nguyên tử hydrogen và oxygen thay đổi cực 2,45 tỉ lần trong 1 giây

Công suất 1200 đến 1700 watts trong đó 600-700 Watts dùng cho bức xạ , và công suất còn lại thì dùng cho magnetron và quạt

4- Tại sao sóng vi-ba đốt nóng được?

Sự đốt nóng chia ra làm hai giai đoạn:

- Nước chứa trong thức ăn được hâm nóng bằng các sóng cực ngắn
- Nước nóng sẽ truyền nhiệt cho các phần khác của thức ăn

fourmi4

Ta biết rằng sóng kết hợp với một điện từ trường sẽ thay đổi chiều một cách định kỳ

Như đã biết sóng điện từ có tần số 1 hertz, sẽ tạo ra một điện từ trường (nơi mà nó đi) thay đổi chiều 1 lần trong 1 giây) . Các sóng cực ngắn 2450 MHz đổi chiều 2,45 tỉ lần mỗi giây.

Các phân tử nước phân cực: hai nguyên tử Hydrogen tạo cực dương trong khi các điện tử nằm phía bên kia của oxygen nghĩa là oxygen mang điện âm

 

Làm thế náo để nước được đốt nóng?

nuoc phantu fourmi6 fourmi7
Phân tử nước  Các phân tử nước nối với nhau bằng nối hydrogen

 

Phân tử nước được cấu tạo bởi một nguyên tử oxygen (O) và hai nguyên tử hydrogen (H). Chúng không mang điện. Tuy nhiên những electron có khuynh hướng kéo về nguyên tử oxygen (vì oxygen có tầng ngoài cùng chứa 6 điện tử nên có khuynh hướng thu thêm 2 điện tử để bão hoà, bền hơn do đó có âm tính) , kết quả nguyên tử hydrogen bị mất bớt tính âm điện nên có khuynh hướng mang điện tích dương. Nghĩa là trong phân tử nước có hai đầu dương của hydrogen và một đầu âm của oxygen. Sự mất thăng bằng tạo một điện trường nhỏ trong mỗi phân tử nước. Ðiều này gây cho phân tử nước trở nên rất nhạy cảm đối với tia điện từ, đặc biệt là tia sóng vi-ba.
Tia vi-ba trong lò có tần số lý tưởng là 2,45 GHz để cho năng lượng của chúng có thể hấp thu bởi phân tử nước.

Trong một điện từ trường mạnh, phân tử nước hướng theo chiều các đường sức. Lò vi-ba có những tấm bảng cũng mang điện tích sẽ hút hay đẩy các phân tử nước, đặc biệt là những tấm bảng (plate) này luân phiên nhau thay đổi thường xuyên điện tích (điện dương đổi thành điện âm và ngược lại). Các tấm bảng sẽ hút hay đẩy những phân tử nước đưa đến kết quả là các phân tử nước hoạt động rất nhanh nên va chạm nhau. Nếu trường này thay đổi 2,45 tỉ lần trong 1 giây thì hãy tưởng tượng sự xô đẩy va chạm nhau khủng khiếp như thế nào. Sự cọ xát giữa các phân tử với nhau tạo ra nhiệt (giống như khi bạn xoa hai tay với nhau, sẽ thấy nóng). Không khí, chén dĩa bằng thủy tinh hay sành sứ đều không bị ảnh hưởng của sóng micro nhưng kim loại thì tác động trên sóng này. Cách nấu từ "bên trong" sẽ nhanh chóng, thức ăn ít bị mất nước.
Nước trong thức ăn được đốt nóng nhanh chóng và truyền năng lượng cho các thành phần khác của thức ăn do đó mà toàn bộ thức ăn được đốt nóng.

5- Nguyên lý hoạt động của Magnétron:

fourmi8

Magnétron là máy phát sóng cao tần (sóng viba) có công suất lớn, sóng viba được tạo ra từ một bộ dao động điện tử, và được khuyếch đại nhờ Magnétron hoạt động như một đèn điện tử 3 cực.

fourmi9Giống như các đèn trong các dụng cụ điện tử thời trước khi có transistor. Nó gồm một hình trụ rỗng bằng kim loại, gồm một cực dương anode (a) trong đó người ta đặt những cavités résonantes (lỗ hổng cộng hưởng). Để làm tăng từ tần số 50 Hz lên 2450 MHz , người ta dùng một bộ máy dao động (oscillateur) mà bộ phận thiết yếu là mạch cộng hưởng mà trị số của cuộn bô bin và tụ điện sẽ xác định tần số tạo ra: tần số càng lớn thì trị số các kinh kiện phải càng nhỏ (F = 1/RC (R; điện trở , C: tụ điện). Để có tần số thật cao, trị số của cuộn bô bin phải giảm thiểu. Để được như vậy, ta có thể nối song song nhiều cuộn bobine.

fourmi10

Mạch cộng hưởng tần số cao là môt cavité résonante và tạo thành yếu tố căn bản của trụ rỗng

Trụ rỗng có xếp những cavité résonante và ở giữa là âm cực (cathode) trong đó để một dây để đốt nóng (filament)

Như trong ống điện tử, bên trong magnétron là chân không. Giữa điện cực âm và dương người ta dùng hiệu thế khoảng 2300 Volt để tạo từ trường.

Từ trường này làm di chuyển các électron từ cực âm sang cực dương. Để tạo ra và giữ cho các dao động ở tần số thật cao, các điện tử phài di động theo dạng hélicoïdale trước các cavité résonante. Đường đi này có được là nhờ một từ trường tạo bởi thanh nam châm mà đường sức thẳng góc với điện truờng E

Năng lượng tạo bởi magnétron được dẫn đến hệ thống lò. Để làm việc này, người ta dùng một hệ thống dẫn sóng: Các sóng vi-ba được thu nhận bởi môt boucle de couplage ở chính giữa cavité và được phát xạ bởi một anten trong bộ hướng sóng (guide d'ondes), và sẽ dẫn sóng cực ngắn vô bên trong lò

Bộ hướng sóng

fourmi11

6- Tác dụng của điện trường lên các phân tử:

Nếu ta nối hai tấm bảng kim loại với nguồn hiệu thế (batterie) sẽ xuất hiện một điện trường giữa hai tấm bảng. Vì các phân tử nước phân cực nên khi điện trường có một chiều thì các phân tử có khuynh hướng sắp xếp theo một hướng nào đó (hình a ). Để thay đổi chiều của điện trường, chỉ cần thay đổi đầu kẹp dây (borne) của batterie (hình b) vậy là phân tử sẽ đổi theo hướng khác.

Nếu ta dùng dòng điện xoay chiều, sẽ cho một điện trường xoay chiều sẽ ảnh hưởng đến các phân tử.

7- Những điều cần biết khi sử dụng lò vi-ba:

Nên dùng đồ sành hay thủy tinh dày để nấu bằng lò vi ba. Chai lọ thủy tinh mỏng có thể nứt bể. Dùng dĩa tách giấy được nhưng không để lâu. Không nên dùng giấy tráng sáp , sáp sẽ chảy và trộn vô thức ăn ở nhiệt độ cao. Bao nhựa có thể biến dạng, chảy và dính vô thức ăn.

Không bao giờ cho lò vi ba chạy mà không có gì ở trong lò, bởi vậy nên để sẵn trong lò một ly nước để hấp thu những sóng vi ba sợ khi rủi quên bật lò chạy không. Để lò nơi thoáng khí, để ít nhất 5 cm trống xung quanh lò và không bao giờ gỡ các chân của nó vì chân dùng đễ tạo sự thoáng khí. Nhớ luôn luôn đóng kín lò

8- Những nguy cơ khi dùng lò vi ba

Tất cả các lò vi ba đều được thiết kế với bộ phận an toàn. Lò vi ba được trang bị kỹ lưỡng để bảo vệ cơ thể con người không tiếp xúc với các sóng ngắn và được một nút ngắt điện an toàn nhiều nấc tự động có thể ngưng sự phát ra sóng vi ba khi cửa mở. Cửa được bao bởi vỉ kim loại và được bọc bằng tấm joint. Chuẩn độ chính xác là sự thoát sóng vi ba nơi cửa lò phải dưới 5 milliwatt/cm² ở cách lò 5 cm.

Phải hết sức cẩn thận về độ kín (étanchéité) của lò vì bởi vì năng lượng sóng biến ra sức nóng, nếu bị các sóng chạm phải sẽ có thể bị phỏng, có khi phỏng sâu, sốt cao (hyperthermie), thương tổn nơi dịch hoàn, thương tổn nơi mắt... Bởi vậy cần chú ý đến các joint nơi cửa lò, hay chính cái cửa xem có bị hư hỏng không.

Về phần an toàn điện, phải để ý không để các chén dĩa bằng kim loại, có thể tạo ra một tia điện, tia lửa, bước đầu của hỏa họan, hay ít nhất cũng làm hư lò.

Nguy cơ phóng xạ

Tới nay thì người ta nói là không bị nguy hiểm về phóng xạ, bởi vì năng lượng di chuyển trong lò vi-ba quá nhỏ để có thể tạo ra sự phóng xạ.

Nguy cơ do nhiệt độ thức ăn

Nguy cơ này thường xảy ra cho trẻ bú bình sữa. Trẻ có thể bị phỏng miệng và thực quản nếu sữa bị đốt quá nóng. Phải luôn luôn trộn đều thức ăn hâm nóng, để một thời gian ra ngoài rồi thử nhiệt độ (nhỏ lên mu bàn tay chẳng hạn).

Hình như các sóng vi ba không gây sự thay đổi nguy hiểm cho thức ăn.

Nguy cơ nhiễm độc

Khi hâm bằng lò vi ba, cho dù nhiệt độ bên ngoài nóng nhưng nhiệt độ trong giữa lõi của thức ăn không đủ nóng để giết vi khuẩn như các vi khuẩn Salmonella, Campylobacter, Listéria. Bởi vì nhiệt độ không truyền khắp nơi trong thức ăn. Có chỗ rất nóng, chỗ rất nguội, nơi nguội các mầm độc không bị hủy.

http://vietsciences.free.fr/