Cómo calienta un microondas o la resonancia que nunca fue

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.

Ejemplo de vibración de una molécula de agua

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.

Ingeniero, músico y científico a partes iguales, aficionado a la divulgación y firme defensor del software abierto y la ciencia abierta. Doctor en Ingeniería Telemática por la Universidad Carlos III de Madrid. Actualmente, investigador postdoctoral en el UC3M-Santander Big Data Institute.



Por Iñaki Úcar
Publicado el ⌚ 8 marzo, 2012
Categoría(s): ✓ Curiosidades • Física