DENTRO AL NOSTRO FORNO A MICROONDE UN'ARMA PERICOLOSA: IL MAGNETRON

[1et078]

salve a tutti da roberto it9acj in acireale

penso che in tutte le case dei forumisti abbiate un forno a microonde, quell'aggeggio che riesce a riscaldare in pochi minuti-secondi qualunque genere alimentare.
ma dietro questa tecnologia che sfrutta energia a radiofrequenza ad alta potenza (le microonde per l'appunto) si nasconde un aggeggio che se utilizzato male o senza le dovute precauzioni rischia di fare male seriamente alle persone e agli animali.
l'infernale aggeggio si chiama MAGNETRON, di seguito verrà spiegato in modo semplice come funziona questo coso.

Il Magnetron è una valvola molto particolare, sfrutta il comportamento degli elettroni che attraversano in un campo elettrico perpendicolare a un campo magnetico. Semplice vero? forse non tanto.

La figura rappresenta lo spaccato di un MAGNETRON, vi ricorda qualcosa? Forse in tamburo di una pistola Colt? Infatti.
Sembra che per la costruzione del primo MAGNETRON, in Inghilterra nel 1939, sia stato usato proprio il tamburo di una colt. Non so se sia vero oppure una leggenda, ma, visto la forma, non mi stupirei se fosse vero.

Torniamo al MAGNETRON, esso è composto da un anodo costituito da un blocco di rame (indicato con [1] nella figura) al cui interno sono stati tagliati dei fori (2) e delle fessure (3) Questi fori e fessure funzionano come circuiti risonanti LC, dove il foro sostituisce l'induttanza L e la fessura sostituisce la capacità C. Dalle dimensioni di queste fessure e fori (detti anche "cavità risonanti") dipende la frequenza di oscillazione del MAGNETRON.
Il catodo (4) è composto da un grosso cilindro ricoperto da uno strato di ossido, che, una volta riscaldato, emette elettroni. Le dimensioni del catodo devono essere abbastanza grandi per poter resistere alle alte temperature raggiunte durante il funzionamento. Queste temperature sono causate dalla ricaduta di elettroni di ritorno che a loro volta producono anche un'emissione secondaria di elettroni. Per diminuire la temperatura del catodo, durante l'oscillazione del magnetron, si diminuisce la potenza di riscaldamento dello stesso.
Quando il MAGNETRON viene alimentato si produce all'interno dello spazio di interazione (5) un campo elettrico continuo che va dal catodo all'anodo, perpendicolarmente al piano della figura è presente un campo magnetico, che attraversa lo spazio di interazione (5) parallelamente al catodo e perpendicolarmente al campo elettrico continuo.
Nello spazio di interazione (5) gli elettroni interagiscono con il campo elettrico continuo e con il campo magnetico in maniera tale da erogare energia tale da generare un campo RF.
Magnetron per RADAR Non conosco esattamente gli effetti fisici che provocano l'emissione di energia da parte degli elettroni ma credo che l'effetto sia causato dall'accelerazione degli elettroni causata dal campo elettrico e dalla successiva perdita di velocità causata dal campo magnetico, una volta aver perso sufficiente velocità, gli elettroni vengono di nuovo accellerati dal campo elettrico per essere di nuovo rallentati dal campo magnetico e cosi via. Durante il rallentamento gli elettroni perdono energia cinetica, ed è questa energia cinetica persa che genera il campo RF.
La potenza RF viene estratta mediante un'antenna (detta LOOP) posta in una cavità (6) oppure collegando direttamente una cavità ad una guida d'onda.
Sono presenti anche degli anelli metallici chiamati "straps" il cui scopo è di aumentare la stabilità e l'efficienza del MAGNETRON.

Il MAGNETRON ha il pregio di generare un segnale ad alta frequenza (microonde) e di alta potenza con un solo dispositivo, ma ha il difetto di essere poco stabile in frequenza. Questa scarsa stabilità è causata dal fatto che la frequenza generata dipende dalle dimensioni delle cavità quindi una variazione di temperatura può causare la dilatazione o il restringimento del blocco di rame che costituisce anodo, per cui variano anche le dimensioni delle cavità e quindi la frequenza.
L'aggiustamento o regolazione della frequenza può essere eseguito agendo su una specie di soffietto metallico che varia le dimensioni delle cavità e quindi la frequenza.
Naturalmente, come una qualsiasi valvola, l'interno del MAGNETRON è sotto vuoto,e quindi tutti i collegamenti con l'esterno devono essere perfettamente a tenuta d'aria.
Il forno a microonde è un tipo di forno da cucina in cui la cottura del cibo è principalmente dovuto all'effetto riscaldante delle microonde.

Il meccanismo di funzionamento del forno in questione è abbastanza semplice: un dispositivo, chiamato magnetron, genera un campo elettromagnetico variabile, ovvero la radiazione a microonde. L'oscillazione del campo elettromagnetico, che si ripete 2 miliardi e 450 milioni di volte al secondo (2,45 GHz), è capace di produrre oscillazioni nelle molecole che possiedono polarizzazione, principalmente acqua, ma anche lipidi, proteine e zuccheri. Una spiegazione molto diffusa chiamerebbe in causa a questo punto una frizione intermolecolare da cui si genererebbe il calore capace di aumentare la temperatura dei cibi. Oltre a questa azione che porta ad un incremento di temperatura, bisogna soprattutto considerare che la temperatura stessa di un corpo altro non è che l'agitazione molecolare dei suoi costituenti. Dunque il meccanismo di funzionamento del microonde è semplicemente quello di scaldare l'acqua (ovvero di aumentarne l'agitazione termica grazie all'interazione fra il dipolo molecolare e, appunto, la radiazione a microonde), che costituisce la componente principale della maggior parte dei cibi, permeandoli quasi sempre in tutto il loro volume. Questo modo di riscaldamento è completamente diverso rispetto al metodo convenzionale: nel caso di cibi molto ricchi di acqua o lipidi al loro interno, l'interno stesso si riscalderà più velocemente rispetto allo strato esterno più secco, che assorbe dunque meno radiazione a microonde. Al contrario, in un forno elettrico normale il calore può passare per irraggiamento e conduzione solo dagli strati più esterni a quelli interni.
Un comune forno a microonde consiste delle parti seguenti:

    * un magnetron,
    * un circuito elettronico di controllo e alimentazione del magnetron,
    * una guida d'onda,
    * una camera (o tecnicamente cavità) di cottura.
    * rete metallica (sullo sportello)

Il magnetron, alimentato ad alta tensione, genera un flusso di microonde, normalmente alla frequenza di 2450 MHz (lunghezza d'onda di 12,24 cm) con una potenza solitamente compresa tra 800 W ed 1 kW, che la guida d'onda invia alla camera di cottura. L'acqua, i grassi e i carboidrati che costituiscono il cibo assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico.

Molte molecole sono essenzialmente dei dipoli, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa, e sono per questo trascinate dal campo elettrico alternato delle microonde e indotte a vibrare. Questo rapido movimento genera calore.

A volte il riscaldamento viene spiegato del tutto erroneamente con la risonanza delle molecole d'acqua alla frequenza delle microonde, ma in realtà la frequenza di risonanza dell'acqua è molto più alta, a decine di gigahertz. Le microonde riscaldano con più efficienza l'acqua, ma in misura minore anche grassi, zuccheri e ghiaccio.

La camera di cottura è sostanzialmente una gabbia di Faraday che impedisce la fuoriuscita di microonde.

Il portello del forno è di vetro per permettere la visione della pietanza all'interno, ma include uno strato di rete metallica fine come schermo elettromagnetico. Poiché la larghezza delle maglie è inferiore alla lunghezza d'onda delle microonde (12 cm), la radiazione non può attraversare la rete mentre la luce, di lunghezza d'onda molto più piccola delle maglie, può passare. Il meccanismo di chiusura del portello include appositi interruttori che spengono il magnetron in caso di apertura evitando la fuoriuscita di microonde.
Forno a microonde aperto: si vede il trasformatore in basso ed il magnetron (coperto da una calotta metallica) immediatamente sopra

Il magnetron deve essere alimentato con un tensione in corrente continua di diverse migliaia di volt. Questa tensione viene prodotta a partire dalla tensione della rete elettrica per mezzo di un trasformatore seguito da un raddrizzatore e un condensatore. Un relè o un triac accendono e spengono il sistema su comando del microprocessore che gestisce i tempi di funzionamento in base ai parametri impostati con i comandi presenti sul pannello anteriore.

Sebbene i forni prevedano la regolazione della potenza di cottura, il magnetron viene fatto funzionare sempre a pieno regime per mantenere al massimo l'efficienza. La modulazione della potenza viene fatta regolando il rapporto tra il periodo di accensione ed il periodo di spegnimento secondo una tecnica chiamata modulazione di larghezza di impulso. Per ottenere ad esempio una potenza pari alla metà di quella massima si accende il magnetron per pochi secondi spegnendolo poi per un tempo identico e così via fino al termine del tempo prefissato di cottura.
Pericoli immediati [modifica]
DVD esposto a microonde

I liquidi riscaldati al microonde in contenitori dalle pareti lisce possono raggiungere lo stato supercritico, ovvero una condizione in cui la temperatura è superiore di alcuni gradi a quella di ebollizione ma la sostanza rimane liquida. Quando il liquido viene in qualche modo perturbato, per esempio afferrando il contenitore per estrarlo dal forno, l'ebollizione può iniziare in modo esplosivo e può essere causa di gravi ustioni.

I contenitori chiusi, così come le uova, quando riscaldati nel microonde possono esplodere a causa della pressione del vapore che si produce all'interno.

Diversi materiali, se riscaldati troppo a lungo, possono carbonizzare e prendere fuoco. È consigliabile sorvegliare sempre il forno acceso.

Fogli di alluminio, stoviglie in ceramica decorate con metalli e oggetti contenenti metalli possono produrre scintille se esposti alle microonde. Il metallo può fondere e contaminare il cibo e si possono generare vapori tossici dai materiali investiti dalla scarica. Sotto l'effetto delle microonde, i compact disc si danneggiano formando sulla superficie una serie di motivi circolari, emettendo contestualmente fumi tossici.

Porre nel microonde oggetti in metallo solido, come per esempio un cucchiaio, è sicuro, purché sia presente cibo o acqua per assorbire le microonde riflesse dall'oggetto. Alcuni forni prevedono infatti tra gli accessori dei piani in metallo. Tuttavia l'utilizzo di materiali in metallo solido è generalmente sconsigliato a causa della difficoltà di discriminare il caso pericoloso da quello sicuro.
Pericoli del fai-da-te [modifica]
Pericolo: alta tensione
Pericolo: microonde ad alta potenza

Più di ogni altro elettrodomestico, il forno a microonde presenta gravi insidie al suo interno ed è assolutamente da evitare l'apertura ed ogni tentativo di riparazione se non a tecnici specificamente preparati.

Le fonti di pericolo sono principalmente due:

    * La presenza di un grosso condensatore che potrebbe mantenere una carica elettrica ad alta tensione in quantità letale anche per lungo tempo dopo lo spegnimento dell'apparecchio. Normalmente allo spegnimento questa energia si scarica sul magnetron in una frazione di secondo, ma ciò non è sempre certo, soprattutto nel caso di apparecchi guasti.
    * L'emissione di microonde all'esterno dell'apparecchio, che può essere causa di ustioni e opacizzazione del cristallino con conseguente formazione di cataratta e cecità. Normalmente il portello del forno incorpora speciali interruttori di interblocco che spengono immediatamente il forno in caso di apertura. Per nessun motivo questi interruttori devono essere esclusi o manomessi e non si deve fare funzionare il forno in assenza dei pannelli di chiusura o se il portello di chiusura è rotto.

Compatibilità elettromagnetica [modifica]
Exquisite-kfind.png    Per approfondire, vedi la voce Compatibilità elettromagnetica.

Con la sempre maggiore diffusione delle reti wireless, che operano nel campo delle microonde a frequenze vicine a quelle usate nei forni, crescono le preoccupazioni per le interferenze che possono essere causate da questi apparecchi.
Se da un lato è dimostrato che queste interferenza hanno scarsi effetti sulle comunicazione Wi-FI (quelle utilizzate dai PC), è stato altresì dimostrato che un forno a microonde può effettivamente disturbare le trasmissioni di alcuni apparecchi.
Un esempio immediato sono i ripetitori di segnali televisivi che si utilizzano per trasmettere un segnale televisivo da una stanza all'altra.
Poiché questi apparecchi sono solitamente collocati in cucina (di solito per poter ricevere il segnale del decoder anche nella TV di cucina), può capitare di osservare un forte disturbo sull'immagine se nel raggio di qualche metro dal ricevitore si trova un forno a microonde acceso.

Anche i radioastronomi hanno sollevato preoccupazioni per i disturbi che le pur minime perdite dei forni a microonde possono indurre nelle sensibilissime antenne utilizzate per ricevere i segnali a microonde dal cosmo.

[stefano3]

Ad esser sincero non ho mai avuto simpatia per quel marchingegno. Ho sempre avuto forni tradizionali. Recentemente ho visto mega offerte sui microonde; che non li compri più nessuno? Certo Roberto vengono i brividi ( e di freddo) leggendo quello che hai postato.
'73 Stefano.

[TITANO]

Anche se fatto con un copia e incolla ,mike',credo che siano sempre cose utili da sapere.Io per esempio di sto MAGNITRON nn ne sapevo niente,e mo grz al copia e incolla di roberto come dici tu ,lo so.! Cmq nn e ' una critica nei tuoi confronti e quindi nn prenderla male,e' solo un mio pensiero personale. Ti saluto...ANTONIO.TITANO..1RGK326.

[1et078]

infatti consigliano di non smontarlo ne di manipolarlo perke le emissioni alla guida d'onda (particolare tipo di antenna utilizzata solo ed esclusivamente per le microonde) e pari all'uscita di un radar.

[Comstat25b]

73
Una volta ho sentito da qualche parte che dei ragazzi volevano "testare" il magnetron senza schermatura in esterni e focalizzarlo con una parabola su un "bersaglio"...  8O

[]{iLLErDj]

io con il microonde ci fondo vetro e anche metalli dopo le dovute modifiche.

in ogni caso finchè lo sportello è chiuso non ci sono problemi relativi alla pericolosià delle microonde...

[dantinca]

c'è un sacco di gente che si diverte a fare esperimenti con il magnetron dei forni a micro-onde.
Basta cercare "magnetron experiment".
73  :birra:
D.

[dantinca]

Date un'occhiata ad esempio a questo link postato qualche tempo da Fennec:
http://www.teslacoil.it/microonde.html
73  :birra:
D.

[Marcello]

 

[Pieschy]

Bella spiegazione, molto tecnica ma comprensibile.
Tuttavia (come comunque riportato nel post) non bisogna creare allarmismi.
A sportello chiuso o (in caso di necessità di aprire per controllare la cottura) si spegne prima di aprirlo anche e se ci potrebbe essere una relativa fuga di RF non ci sono problemi sopratutto se (cosa che faccio sempre) ci si tiene durante la cottura a debita distanza.
Evitare (anche se il post minimizza o meglio consiglia come fare) di introdurre oggetti metallici.
Per errore ed esperienza personale si generano scintille (stile piccoli fulmini) e non è bello.
Attenzione poi quando, per evitare sgradevoli spruzzi e quindi sporcizia sopratutto quando si cucinano cibi grassi (salsiccia ad esempio), si cuoce ricoprendo il piatto con la pellicola trasparente. Se da un lato non schizza nulla sporcando il forno, dall'altro il vapore acque che si genera fa gonfiare piatto con pellicola. Attenzione perchè a cottura ultimata se si rompe maldestramente quella pellicola gonfia di vapore acqueo si viene investiti da un getto di vapore....e direi che non è bello.
In decenni di utilizzo e rispettando queste banali regole non ho mai avuto problemi.
C'è da dire che si...dopo un periodo di "lustro" anche io credo che l'utilizzo è sciamato. Il motivo è molto semplice. Il microonde è ottimo quasi esclusivamente per riscaldare molto meno per cucinare.

Utile se hai cibo che viene dal frigo, in pochi secondi torna caldo con il gusto non alterato (cosa che invece succede riscaldando a fuoco). Utile per far bollire una tazza d'acqua (eviti pentolini gas e fuoco) magari per farti un te o per riscaldare un caffè.
Lo uso magari per riscaldare la fettina di roastbeef....insomma di uso per riscaldare ce ne sono mille quindi lo reputo molto utile in molte occasioni ma sicuramente vale molto poco per cucinare.

Se dobbiamo fare un'analisi comparativa direi che osservando quelle poche regole è molto più sicuro dei fornelli che vanno a gas e fiamma viva. Con i ritmi spesso frenetici è più probabile la fuga di gas, scordare il fornello acceso accenderne uno per un'altro. Insomma tutto sommato il microonde è sicuramente più sicuro per i compiti di cui sopra.

Saluti,
Pietro

[Rommel]

... si nasconde un aggeggio che se utilizzato male o senza le dovute precauzioni rischia di fare male seriamente alle persone e agli animali...

Salve a tutti.

In quasi tutti gli elettrodomestici o apparecchiature elettroniche c'è all'interno qualcosa che se utilizzato male o senza le dovute precauzioni rischia di fare male.

Le attuali normative sulla sicurezza delle apparecchiature elettriche ed elettroniche, sono molto restrittive, anche molto di più di alcuni decenni fa, al punto che molte delle apparecchiature "vintage" al giorno d'oggi sono fuorilegge e considerate pericolose, per questo le radio d'epoca è meglio tenerle come soprammobile e non utilizzarle attaccate alla rete 220V.
Da quando mi sono sposato ho sempre utilizzato i forni a microonde, diciamo che dopo 22 anni recentemente ho acquistato il terzo, in pratica mi sono durati in media 11 anni ognuno.

Li ho sempre avuti anche con il grill e l'ultimo anche ventilato. Che dire ... sono perfetti e fanno risparmiare tanta energia elettrica soprattutto se si ha una famiglia poco numerosa, quindi se si può usare al posto del forno classico della cucina.

Con la giusta programmazione e dosatura tra microonde, grill e ventilazione, si possono cucinare cose che con i metodi tradizionali se le sognano.

Come tutte le cose, se si rompe deve essere portato a riparare o deve essere sostituito.

Le varie parti elettriche presenti all'interno degli elettrodomestici e apparecchiature elettroniche, sono studiate esclusivamente per il compito per cui sono state progettate, ed andare ad estrarle per riutilizzare in qualche altro modo rappresente sempre e comunque un forte rischio.

Saluti a tutti da Alberto.