Siempre me sorprendo de lo extendida y aceptada que está la errónea explicación que le atribuye al fenómeno de la resonancia el mérito de ser el principio físico de funcionamiento de los hornos microondas, ya sea en la sabiduría popular como entre los propios físicos. Dicha explicación sostiene que la frecuencia de trabajo de estos aparatos (2,45 GHz) está especialmente escogida por su proximidad con la supuesta frecuencia natural del agua. Debido a esto, las moléculas de agua entrarían en resonancia absorbiendo mucha más energía de la que obtendrían a otras frecuencias. Puede que precisamente aquí se halle uno de los orígenes del miedo a muchas de las tecnologías inalámbricas que utilizan bandas de frecuencias coincidentes o adyacentes (véase WiFi, Bluetooth, móviles, etc.). Nada más lejos de la realidad.
Lo cierto es que la elección de la frecuencia de trabajo no es casual, así en el caso de los hornos microondas como en dichas tecnologías de comunicaciones. Sin embargo, la razón subyacente no tiene nada que ver con la excitabilidad del agua; es más simple. Como sabréis, el reparto del espectro electromagnético está regulado y, en general, se requiere el pago de licencias para su aprovechamiento. No obstante, existen ciertas bandas de frecuencias llamadas ISM (Industrial, Scientific and Medical) que no requieren licencia: cualquiera puede emitir en ellas respetando unos límites. Esto ha hecho que se encuentren saturadas de aplicaciones que se molestan mutuamente.
La elección de frecuencias ISM responde, por tanto, a su gratuidad. La utilización en concreto de la banda de 2,4 GHz, y no otra, en comunicaciones responde a un compromiso: por un lado, en frecuencias más altas se dispone de mayor ancho de banda (caben más datos, a más velocidad) y las antenas son más pequeñas; por otro lado, a medida que aumenta la frecuencia, se encarece el equipamiento para generarla. En el caso de los hornos microondas, el compromiso es similar: a mayor frecuencia, más energética es la radiación y más calentará, pero tampoco queremos que los electrodomésticos se disparen de precio.
El funcionamiento de un horno microondas se basa en la vibración de las moléculas de agua al ser excitadas por un campo electromagnético debido a que se trata de una molécula polar. Cualquier onda electromagnética aporta energía al medio por el que se propaga, pero, en el caso del agua, se acentúa este aporte a causa de esta vibración. No obstante, hay frecuencias mucho más adecuadas para perseguir ese propósito. Esto se aprecia muy bien en los diagramas de absorción en función de la frecuencia y el medio: es decir, la energía que pierde la radiación (y que gana el medio, que se calienta) a diferentes frecuencias.
En la figura 2 se aprecian sendas curvas para el oxígeno (línea continua) y el agua (línea discontinua). Se ve claramente que la frecuencia de 2,4 GHz no es nada especial en cuanto al calentamiento del agua se refiere (y hay que tener en cuenta que esta curva se corresponde con el vapor de agua: para agua líquida, los valores de absorción son menores). Sí que hay picos de absorción (frecuencias de resonancia, podríamos llamar), pero son tan lejanos que se sitúan por encima de los 100 GHz.
La capacidad de calentamiento se sustenta, por tanto, en la potencia. Potencia, potencia y potencia dentro de una cavidad que hace rebotar las ondas una y otra vez. Así, cualquier frecuencia es capaz de cocinar alimentos. De hecho, el primer microondas utilizaba radiofrecuencia en el rango de los 10-20 MHz.
Detesto ser criticón, pero siempre había oído que los microondas convencionales excitan los niveles rotacionales de la molécula de agua, y no los vibracionales.
Intentaré hacer los cálculos a lo largo del día de hoy.
Um… creo que me he colado, mil disculpas.
Te sonaba algo…
La moléculas polares intentan alinearse con el campo eléctrico en el que puedan estar. Las microondas, como radiación electromagnética que son, representan para la sustancia a calentar un campo eléctrico pulsante, al intentar alinearse con él, si la molécula tiene suficiente libertad de movimientos ( en un vapor más, en un líquido menos) rotará para conseguirlo. Si la libertad de movimientos está impedida (sólido) entonces vibrará. Por este motivo los alimentos ricos en agua, que son moléculas pequeñas que pueden moverse con facilidad se calientan antes que otros.
La energía de la rotación de las moléculas que están en el campo electromagnético (exterior de los alimentos) transmiten su energía hacia el interior por choques y vibraciones: por eso es conveniente esperar un poco después de sacar el alimento de l microondas para qué de tiempo a que se caliente el interior.
Hmm o sea, que lo del móvil que hacía saltar la palomita tenía su puntito…
Me ha encantado la explicación. En serio. Muy interesante.
Tiene un puntazo. Debajo de la mesa.
http://www.youtube.com/watch?v=hliGQWB911s
Lo sabía, pero gracias.
Ya verás como te lean los magufos…
Muy curioso. Me pregunto cómo se hace rebotar las ondas dentro de la cavidad, ¿tiene algo que ver la jaula de gauss que rodea al microondas?, ¿o son las placas de metal en los laterales?.
Sea dicho de paso, hay algo que siempre me ha traído de cabeza, y es que una de las tazas de mi piso se caliente más que el propio agua, ¿eso cómo se explica?… porque yo no tengo ni idea.
Un saludo, buen post¡
Las ondas “rebotan” en los conductores. Pero mejor que rebotar piensa en la caja como una cavidad resonante (sí, ahora si hay resonancia, pero de la caja del horno), en la que se producen ondas estacionarias.
Respecto a la taza, depende del material. Los cacharros de barro se calientan mucho (¡cuidado!). Depende de lo buen o mal conductor, buen o mal dieléctrico que sea el material.
“Respecto a la taza, depende del material. Los cacharros de barro se calientan mucho (¡cuidado!). Depende de lo buen o mal conductor, buen o mal dieléctrico que sea el material.”
En realidad, además de los que se calientan por ser buenos conductores, los recipientes de de barro y cerámica se calientan porque atrapan agua en sus poros (sí, aunque estén esmaltados).
Es mas por los metales que por el agua.
Exacto. Los recipientes que se calientan muy rápidamente contienen trazas de metal que se calientan mucho más rápido que el agua por el movimiento frenético de los electrones ante el campo electromagnético al que son sometidos.
Jaula de FARADAY.
Puede deberse a la estructura/forma y composición de la taza. Si la taza es muy gruesa y deja poca superficie de agua al descubierto, buena parte de la radiación será absorbida por ella y no por el agua. Además si el material del que está hecha es parcialmente poroso y tiene agua en su interior ésta puede llegar a calentarse mucho.
Lo primero es saber como entran las ondas en el horno. Esto se hace muchas veces con una especie de ventilador metalico que descompone las ondas que llegan desde el generador de microondas (magnetron) traves de un tubo metalico (guia de ondas). Luego las ondas se reflejan en las paredes metalicas.
Hay un articulo titulado “Physics of the microwave oven” que da detalles sobre el funcionamiento . Pon “Physics of the microwave oven – Fachhochschule Brandenburg” en google y lo encontraras.
Ese ventilador es un mezclador de modos. Está para homogeneizar el nivel de campo dentro de la cavidad del microondas, para que no haya puntos sin campo y otros con un máximo exagerado, que resultarían en un calentamiento diferente. Como no es perfecto para eso está el plato giratorio.
Vaya, así que los picos de absorción del agua son unos 24GHz (no 2,4), 160GHz y 300GHz.
¿De dónde sacaste la gráfica? Me gustaría ver la del hidrógeno…
Yo el primero, 24 GHz lo quitaria, puesto que en el intervalo 10-300 no es significativo, aunque en el gráfico parezca un punto singular. De hecho todos los valores a partir de 95 lo superan.
Si establecieramos el intervalo entre 10 y 80 si seria significativo.
Había enlazado la fuente sobre la propia imagen, pero parece que con la edición se ha perdido: http://www.theinternetfoundation.org...oundAir.htm
Muy interesante. Pero hay algo que no pillo ¿Cómo se explica que la molécula de oxígeno, que no es polar tenga mucho más ratio de absorción (1Ghz
El anterior mensaje se cortó. Decía que para frecuencias entre 1 y 10 Ghz el O2 absorbe más que el H2O sin ser polar. ¿Por qué?
Desconozco la respuesta, pero sí notar que la molécula O2 es ciertamente más grande que la H2O.
Por lo que he mal leído por ahí, parece ser que las moléculas de O2 se comportan como dipolos magnéticos. El efecto principal es esa línea de absorción tan poderosa a unos 60 GHz, pero no sé si a frecuencias más bajas también se dejará ver algo.
Las moléculas de oxígeno son paramagnéticas debido a los momentos magnéticos de espín del par de electrones no apareados que tiene por ahí danzando. Esto quiere decir que en presencia de un campo electromagnético se comportan como un imán. Como las microondas son una radiación electromagnética, en su presencia las moléculas de oxígeno rotan intentando alinear su campo magnético con el de la radiación incidente. Macroscópicamente esto se interpreta como calentamiento o como una atenuación de la señal (como se ve en el gráfico).
Gracias!
Muy buena entrada, no tenía ni idea de la existencia de las ISM.
Además de por esta explicación, ¿no se elige el ajuste fino de esa frecuencia para facilitar que se establezca un patrón estacionario favorable? Vamos, para que quepa un número entero de semi-longitudes de onda en la cavidad.
Me lo planteo pensando en el típico experimento de medir la velocidad de la luz con un tranchete o un regaliz y un microondas…
Puedes hacer que el microondas sea una caja de resonancia adecuada jugando con la longitud de onda, o equivalentemente con el tamaño de la caja. Por lo que parece, en la práctica se hace de esta segunda forma.
En realidad dentro de la caja del microondas hay muchos modos resonantes mezclados. El tamaño exacto no importa gran cosa, simplemente excitarías más unos modos que otros.
En un horno ideal habría tantos modos que el nivel de campo sería más o menos constante en toda la cavidad. En un horno real pasa lo de los tranchetes, que algún modo es el que domina y aparece el patrón de máximos y mínimos.
¡Me siento engañado durante todos estos años!
Hay muchas personas que creen que los microondas calientan mediante “resistencias”. Mi madre me la señaló y no le convenció que le indicara que esa resistencia era específica para la función de grill, así como se rió cuando le indiqué el funcionamiento real del horno de marras. Parece que estos aparatos aún son “cosa de magia”.
Esta es fácil (al menos para que se de cuenta de que está en un error): muchos microondas no tiene grill.
La mayor parte de los artilugios que hay hoy en día en cualquier casa son “cosas de magia” para la mayor parte del personal de cualquier edad y, aunque no lo parezca, de cualquier nivel de formación.
Muy interesante el artículo. Por complementar la información, en http://brucknerite.net/2012/01/los-h...oondas.html
un amigo explica también cómo funciona esto del microondas.
No se pierdan al final la “Lista de recomendaciones especial”!! Muy buena!
Si te fijas, el último enlace del artículo apunta a ese otro del bueno de Brucknerite.
Qué curioso yo tengo el microondas de la foto !
Habría que ver el mismo análisis de absorción en el agua líquida, ya que aunque las moléculas son las mismas, la asociación entre ellas no lo es, existe el enlace por puente de hidrógeno que produce lo de la tensión superficial del agua y por eso una gota no se desparrama. De hecho creo recordar que en algún sitio leí que precisamente lo que excita las ondas del micro son esos enlaces que en estado gaseoso no abundarán tanto.
Interesante documento de todas formas.
Off topic:
Que el microondas emita a 2,4 GHz explica uno de los fenómenos que más rabia me da por las mañanas que es que mi portátil pierde velocidad de conexión a Internet de manera abrumadora justo cuando caliento el desayuno en el microondas. Mi router WIfi funciona con el estándar 802.11g que emite, precisamente, a 2,4 GHz.
Gracias por el artículo.
Juanjo: todos los routers inalámbricos funcionan a 2.4 GHz. En realidad, los estándares también contemplan la banda de 5 GHz, pero yo no he visto todavía ninguno operando ahí, al menos en equipos de uso doméstico.
Y si la velocidad baja tan drásticamente como comentas, revisa la puerta de tu microondas y plantéate un cambio: quizás tenga pérdidas.
Excelente articulo, claro conciso y echa luz sobre un tema del que se habla mas con mitos que con verdades científicas.
Si fuera posible votaría por este articulo para algún premio de esos que hay.
Gabriel
Muy interesante, muchas gracias por el artículo.
Debo admitir que he sufrido dos decepciones consecutivas. La primera, no tener ni idea de que esta falsedad circulase por ahí, yo hace tiempo que me conformé con la explicación de que el micro “excita” las moléculas de agua y ya. No me pareció necesario entrar en exquisiteces técnicas, quizá por eso nunca fui víctima del error. Y asumo que sería presa fácil del embuste por mis carencias en física elemental.
Me indigna que la wikipedia conceda autoridad a semejante disparate, esta es la segunda. Ya sé que hay cosas más graves en ella pero esto es inaceptable ya que no lo mueve interés político alguno, es simple corrección científica. No sé como funciona pero yo impugnaría el artículo. A la otra web de profísica no la disculpo pero no parece tratarse de un foro de conocimiento del prestigio que pretende la wiki.
Por lo demás me ha encantado saber de las ISM, lo desconocía.
Si 2,4 GHz no es la frecuencia de resonancia del enlace O-H, entonces la Wikipedia se equivoca.
Si, la versión en español se equivoca. Sin embargo en el mismo artículo en inglés se menciona “Microwave heating is sometimes explained as a resonance of water molecules, but this is incorrect: such resonance only occurs in water vapor at much higher frequencies, at about 20 GHz.[11]“
Por cierto, ya agregué un comentario a la discusión del artículo. Ando corto de tiempo como para lanzarme a editar el artículo. http://es.wikipedia.org/w/index.php?..._microondas
¿Alguien se anima?
he cambiado esa sección por una traducción rápida (pero corregida para que se entienda) de la wikipedia inglesa. alguien con más tiempo la puede pulir y añadir las referencias que faltan.
Me gustaría que alguien con conocimientos sobre el tema comentase aquí (o en un post diferente redactado a ese efecto) algo sobre el efecto de las microondas en los alimentos. ¿Es cierto que esa forma de calentarlos genera efectos indeseados? Me refiero a alteraciones en la estructura química y a una elevada pérdida de nutrientes, si lo comparamos por ejemplo con el mismo alimento cocinado al vapor.
En el siguiente enlace se revisan someramente las contribuciones en la literatura a ese respecto: http://www.elblogalternativo.com/201...n-la-salud/
Por cierto, me hablaron el otro día de un gato que se niega en redondo a probar su tazón diario de leche si su dueña lo ha calentado al microndas. ¿…!
Échale un ojo a esto, te aclarará unas cuantas cosas: http://eltamiz.com/2007/04/16/falaci...-la-comida/
Si quieres hacer el experimento con un mínimo de racionalidad, haz lo siguiente: dos gatos, en dos lugares separados por al menos un tabique, que alguien (no tú) caliente la leche de uno en el microondas y la de otro al fuego/vitro. Dile a esa persona que obtenga una temperatura en ambos casos de 30 +- 1º. Luego debe pasarla a los comederos de los gatos que deberán estar marcados, Esa persona no debe saber a que gato va cada recipiente y tú no debes saber donde se ha calentado cada recipiente. Tomád notas. Repetid el experimento varias veces en tanto la otra persona cambia el modo de calentamiento de forma aleatoria, de la que por supuesto tú tampoco sabrás nada. Tomad todas las notas y haced un chi cuadrado.
AHORA tu comentario tiene algo de sentido.
Bonito ejemplo de doble ciego
La leche es tóxica para los gatos. Al igual que casi todos los mamíferos una vez superada la etapa de lactancia, son intolerantes a la lactosa. Dar de beber leche a los gatos es malo para ellos.
No diría que tóxica, pero si muestran intolerancia con diarrea. Cuando hice el comentario pensaba en cachorros.
Yo mismo tengo gatos desde hace más de 20 años y nunca les doy leche tras el destete
Bueno, decía tóxico en el sentido de que es dañino para el animal. No sé si es la terminología más correcta
El último párrafo me hace preguntarme qué tan lejos estamos del día en que optimicen los microondas. Es la misma historia de la bombilla incandescente. En un inicio, obteníamos luz a partir de la electricidad a a base de potencia, potencia y potencia. Hoy en día hemos desarrollado tecnologías capaces de proveer la misma cantidad de luz por 5 veces menos potencia (enlace recomendado, en inglés, http://spectrum.ieee.org/energy/envi...ed-lighting). Es por lo tanto de esperarse que llegará el día en que tengamos microondas operando a frecuencias mas altas a fin de maximizar la transferencia de energía a los alimentos. ¿O no?
Buenas,
No estoy para nada de acuerdo en las asunciones que en este articulo se hacen. Sobre todo no estoy nada de acuerdo con la afirmacion “La capacidad de calentamiento se sustenta, por tanto, en la potencia”.
En primer lugar es obvio que existan varios “picos” en la figura 2 debidos principalmente a los armonicos de la frecuencia de resonancia. Pero no es cierto de una senial de 100W a 10MHZ excite en mayor proporcion un medio, whatever it is, que una senial de 10W a 1MHz. Depende, entre muchas, de la frecuencia de resonancia del medio
Saludos
Te has colado en lo de “sendas”, debería ser “ambas”. De buen rollo, eh?
http://desequilibros.blogspot.com/20...sendos.html
Aumentar la frecuencia tiene varios problemas. El precio es importante. Pero, además, cuanto más aumentamos la frecuencia, más pequeña es la longitud de onda y más fácil se nos escapará por cualquier agujerito. La puerta es el elemento crítico de este aparato.
Gracias por el artículo, también anduve yo engañado mucho tiempo y, lo peor, contándolo mal.
Aunque habláis en los comentarios sobre el ventilador que intenta “suavizar” los picos, estos siguen siendo suficientes para poder hacer el divertido experimento de medir la velocidad de la luz con el microondas.
Por si no lo conocíais y así devuelvo el favor.
http://www.cienciapopular.com/n/Expe..._la_Luz.php
http://www.thenakedscientists.com/HT...d-of-light/
Saludos
Javier
Efectivamente, la absorción dipolar del agua tiene lugar a frecuencias superiores a la banda S. Por ello hay que analizar el calentamiento tanto en términos de pérdidas dieléctricas (pequeñas pues estamos lejos de la absorción resonante) como conductoras.
La conductividad del agua, que compone la mayor parte de los organismos vegetales y animales, es del orden de 1 S/m (dependiendo de la cantidad de iones presentes). La permitividad dieléctrica a frecuencia de microondas es varias decenas de veces superior a la permitividad del vacío. Así, la profundidad de penetración (longitud necesaria para que la amplitud del campo caiga a 1/e) o efecto pelicular de las microondas en esos tejidos es del orden de algún centímetro. ¡Perfecto! Así tenemos un calentamiento y superficial y también en profundidad que hemos de explicar por la conversión de la energía electromagnética en calor a través de corriente eléctrica en esos tejidos.
Las paredes del horno de microondas actúan como reflectores dando lugar a la formación de un patrón de onda estacionaria con máximos (puntos calientes) y mínimos (fríos). Por eso se hace girar el plato y se dispone muchas veces un agitador de modos en la unión del horno con el generador de microondas.
Yo lo que sé es que calienta mucho más rápido los alimentos grasientos como pescados o carnes, sobre todo pescados grasos. En 30 s lo tengo.
Y los alimentos se enfrían mucho más rápido que calentando de manera convencional. He vuelto al gas y al cazo para calentar líquidos, tarda lo mismo y se mantiene mucho mejor el calor.
Interesante. Yo también pensaba que se elegía esa frecuencia porque era la de resonancia del agua, eso es lo que me habían explicado en el colegio, incluso en la universidad. Nunca comprobé por mi mismo que frecuencias son más o menos abosrbidas….
De todos modos. El diagrama que muestras es el de absorción en la atmósfera, por presencia de agua, más concretamente absorción por el vapor de agua. Y ese diagrama es muy distinto al del agua líquida.
Por otro lado no me convence eso de que se haya elegido 2.4GHz porque es una frecuencia libre. Tengamos en cuenta que el microondas no está diseñado para emitir esa radiación hacia al exterior, y aunque siempre escapé una poca, es despreciable.
Y eso de que el microondas no es malo…
Habréis comprobado que por ejemplo las pizzas se estropeas bastante, con otros alimentos no se nota tanto pero también sucede. Eso sin contar la destrucción a nivel celular. La radiación no es buena, es cuestión de cantidad, poco es menos malo pero sigue siendo malo.
La frecuencia que se usa es la que maximiza el rozamiento que no es la que de resonancia exactamente. El resto es paranoia.
Y yo que siempre habia oido que lo del uso de los microondas es algo que tenemos que agradecer a la carrera espacial ya que se dieron cuenta que el agua en el espacio sometida a determinados tipos de radiacion se calentaba demasiado.
Luego esta el tema de que hay plásticos (la mayoria de los actuales) que aguantan el microondas y plasticos que se derriten en el microondas y ese efecto no es por la temperatura obviamente.
Me parece que en este articulo falta informacion o datos para explicar adecuadamente el calentamiento