Elke keer dat je een kopje thee zet (of welke warme drank je ook verkiest), wordt je kopje het stadium van een interessant natuurkundig experiment. Zelfs het verwarmen van de vloeistof zorgt voor een behoorlijk interessant mechanisme. Als je een met water gevulde bak op vuur zet, begint het onderste deel op te warmen. Terwijl het dat doet, wordt het minder dicht, waardoor het naar de top beweegt, en een koeler deel van de vloeistof zinkt naar de bron, waar het opwarmt, beweegt omhoog, enzovoort.
Dit proces, convectie genaamd, zorgt voor een gelijkmatige temperatuur in het water. Maar met een magnetron is het anders.
In een magnetron vindt convectie niet plaats omdat de verwarming overal tegelijk vandaan komt. Omdat de ontvanger zelf ook opwarmt, stijgen de heetste delen van het water naar de oppervlakte en blijven daar, waardoor de eerste slokjes veel heter zijn dan die onderaan.
Dit helpt te verklaren waarom, in ieder geval anekdotisch, warme dranken niet hetzelfde zijn als je ze in de magnetron zet of verwarmt op vuur.
Een team van onderzoekers van de University of Electronic Science & Technology of China bestudeerde dit veelvoorkomende probleem en vond een manier om convectie te veroorzaken in bekers met microgolfverwarming.
De sleutel, zeggen onderzoekers, is om de microgolven weg te leiden van het oppervlak van de vloeistof. Ze voorzagen een gewone beker met op maat gemaakte verzilvering die fungeert als een geleider voor de golven, het veld bovenaan verkleint en de verwarming aan de bovenkant effectief blokkeert, wat een vergelijkbaar verwarmingsproces creëert als traditionele benaderingen en resulteert in een uniforme temperatuur voor het water.
“De experimentele resultaten tonen aan dat wanneer de beker van gemodificeerd glas met een metalen coating van 7 cm wordt gebruikt om water in een magnetron te verwarmen, het temperatuurverschil tussen de bovenste en onderste delen van het water wordt verkleind van 7,8 ° C tot 0,5 ° C.”, zeggen de onderzoekers.
Natuurlijk lijkt het plaatsen van metalen platen in een magnetron een slecht idee en dat is het bijna altijd – tenzij je echt weet wat je doet. Het team was in staat om de metalen beplating op een manier te ontwerpen die zowel efficiënt als veilig is.
Het team overweegt ook manieren om hetzelfde te doen bij het verwarmen van vaste stoffen, maar het proces is veel complexer. Voorlopig moeten we onze restjes op de ouderwetse manier opwarmen.
Journal References: Multiphysics-analyse voor ongebruikelijke warmteconvectie in microgolfverwarmingsvloeistof, ” AIP Advances (2020). aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0013295