Hoe werkt een magnetron?

Hoe werkt een Magnetron ?

zaterdag, april 29th, 2018

Hoe werkt een Magnetron ? : Een magnetron(oven) of microgolf(oven) is een soort oven waarin met microgolfstraling voedsel verwarmd of gekookt kan worden. Sinds de jaren 60 van de 20ste eeuw wordt een magnetron steeds meer aangetroffen in de keuken. De mogelijkheid om met behulp van microgolven voedsel te verwarmen werd gedurende de jaren 40 per ongeluk ontdekt door Percy Spencer, die bij Raytheon werkte en magnetrons bouwde voor radars. Spencer bedacht een nieuwe techniek om microgolfradars te ontwikkelen voor betere radarsystemen om het bombarderen van Londen te beperken. Op een dag merkte hij dat een chocoladereep die hij in zijn zak had zitten, was gesmolten. Hij begreep onmiddellijk wat er gebeurde. Spencer had al vele uitvindingen gedaan en had 120 octrooien op zijn naam staan. Het eerste voedsel dat vervolgens met behulp van microgolven bereid werd, was popcorn. Het tweede was een ei, dat echter in het gezicht van een van de proefnemers explodeerde. In 1945 vroeg Raytheon patent aan op het koken met microgolven en in 1947 bouwde het bedrijf de eerste commerciële magnetronoven, de Radarange. Het apparaat was bijna 1,8 meter hoog en woog 340 kilogram. Met waterkoeling kon het 3000 watt leveren, ongeveer drie keer zoveel als de tegenwoordige magnetrons.

Een magnetronoven is een oven met daarin een onderdeel dat microgolven produceert; dit is de eigenlijke magnetron. Dat onderdeel heeft de vorm van een vacuümbuis. Daarin worden elektronen in een magnetisch veld bewogen zodat elektromagnetische straling van een vaste frequentie ontstaat. Deze wordt geleid naar de ruimte met het voedsel. De frequentie is meestal 2,45 GHz en de golflengte ongeveer 12 cm (in de UHF-band). Er is sprake van resonantie in de elektronenbuis, in de antenne en bij de afsluiting langs de randen van de deur, maar (anders dan er vaak gedacht wordt) niet in het voedsel. De gekozen frequentie is dan ook niet kritisch. Voedsel bestaat net als alle materie uit moleculen. De moleculen bewegen chaotisch. De gemiddelde bewegingsenergie van die moleculen nemen we waar als de temperatuur van het voedsel. Heet voedsel bestaat uit sneller bewegende moleculen dan koud voedsel. De meeste moleculen zijn elektrisch neutraal. Een groot deel heeft echter wel een elektrisch dipoolmoment, dat wil zeggen dat het ene uiteinde een positieve lading bezit en het andere uiteinde een even grote, maar negatieve lading. De lading is dus niet gelijkmatig verdeeld over het molecuul. Zo'n molecuul heet dan polair i.t.t. apolair. De moleculen van water, suiker en eiwit zijn bijvoorbeeld polair. Vetten zijn bijvoorbeeld betrekkelijk apolair, omdat ze voor het grootste deel uit lange apolaire ketens bestaan. Een magnetron staande op daarvoor bestemde beugels. De golven kunnen de magnetron niet uit, ze weerkaatsen tegen de metalen wanden en het gaas in de deur. Alle energie blijft beschikbaar in de oven. De golven dringen wel een paar cm door in het voedsel. Daar kunnen ze hun energie kwijt. Alleen de polaire moleculen in het voedsel, bijvoorbeeld de watermoleculen, reageren op het elektromagnetisch veld. Die moleculen gaan zich proberen te verdraaien om in lijn te komen met het veld op dat moment, maar dat kost tijd en steeds opnieuw verandert het veld 180 graden van richting. Zo blijven ze zich verdraaien. De watermoleculen in ijs zijn polair en willen wel draaien, maar ze zitten te vast om te draaien. Daarom warmt ijs slecht op in een magnetron (behalve na toevoegen van water, dat neemt alle beweging op en geeft dat meteen door aan het ijs). De gemiddelde draaisnelheid van die moleculen neemt daardoor toe. Dat is hetzelfde als verhoging van de temperatuur van dat gedeelte van het voedsel. Gedeelten zonder polaire moleculen warmen niet op, althans niet hierdoor. Door warmteoverdracht via contactgeleiding en warmtestraling (andere frequentie) verdeelt de warmte zich langzaam alsnog over alle voedsel. Omdat de golven binnen de ruimte van de oven blijven, ontstaan daar staande golven; hierdoor is de opwarming op sommige plekken heviger dan op andere. Om deze reden is de magnetron meestal voorzien van een draaiplateau, zodat de energie gelijkmatiger over alle delen van het op te warmen voedsel verdeeld wordt. Om staande golven te voorkomen gebruiken sommige constructeurs een draaiende antenne of een ovenruimte die geen rechthoekige doosvorm heeft. De ovenruimte waarin het voedsel bereid wordt, moet een kooi van Faraday zijn om ervoor te zorgen dat de straling niet naar de omgeving ontsnapt. Daarom is de glazen deur van de magnetron voorzien van een geleidend metaalrooster om de afscherming door de deur te realiseren en een schakelaar om de magnetron uit te schakelen zodra de deur geopend wordt. De microgolfstraling (golflengte van ongeveer 12 cm, dat is veel groter dan de mazen van dat rooster) kan dus niet passeren, maar licht, ook een vorm van elektromagnetische straling maar met veel kortere golflengtes, kan dat wel.

Aangezien consumentenmagnetrons de frequentie van 2,45 GHz gebruiken, is deze vanwege de hoge dichtheid van magnetrons in huishoudens praktisch onbruikbaar voor radiocommunicatie. Als gevolg daarvan is internationaal afgesproken dat deze frequentie vrij gebruikt kan worden zonder licentie. Zo werken bijvoorbeeld sommige vormen van wifi (draadloos computernetwerk), draadloze huistelefoons, babyfoons en bluetooth vanaf 2,4 GHz.[5]Bron