De werking van de magnetron of microgolf oven

Elke moderne mens heeft er één in huis: een magnetron. We plaatsen er ons eten in en een paar minuten later is het warm en klaar om op te eten. Maar hoe werkt deze machine nu eigenlijk? Wat zorgt ervoor dat het eten in enkele minuten van koud naar warm gaat?

Elektromagnetische golven

Een elektromagnetische golf wordt samengesteld door een elektrisch veld E en een magnetisch veld B. Deze staan hierbij loodrecht op elkaar. Dit is wat we in de figuur zien.

Het elektrische veld oscilleert (‘trilt’) op en neer, het magnetisch veld doet hetzelfde maar in een richting loodrecht op de trilrichting van het elektrisch veld. De elektromagnetische golf op zijn geheel plant zich voort in de richting loodrecht op het vlak gevormd door de trilrichtingen van het elektrische en magnetische veld. In het vacuüm planten elektromagnetische golven zich voort aan de lichtsnelheid.

Het elektromagnetisch spectrum

Elektromagnetische golven zijn overal aanwezig. De zon zendt een gans spectrum van deze elektromagnetische straling uit. Licht is de bekendste vorm van elektromagnetische straling. Het spectrum wordt gevormd door golven van verschillende frequenties. De frequentie van een golf is de snelheid waarmee hij op en neer gaat. Hoe hoger deze snelheid, hoe hoger de frequentie en hoe meer energie de golf bevat. Het volledige spectrum wordt in de figuur hieronder weergegeven.

Het spectrum loopt van radiogolven (minste energie) tot gammastraling (zeer hoge energie). De zon zendt al deze frequenties uit. Toch bereikt niet al deze straling het aardoppervlak. Dit komt doordat de atmosfeer het grootste deel van deze straling absorbeert. De bekende ozonlaag zorgt er bijvoorbeeld voor dat de voor ons gevaarlijke uv-straling ons nauwelijks of niet kan bereiken. Zichtbaar licht en radiogolven kunnen daarentegen de aarde wel bereiken. Merk hierbij op dat radiogolven een vorm van licht zijn en dus niet verward mogen worden met geluidgolven!

Zoals we op de figuur kunnen zien, maken ook microgolven deel uit van het elektromagnetische spectrum. Zo komen we tot de werking van een microgolfoven

De microgolfoven

Zoals we op de figuur konden zien, zijn microgolven elektromagnetische golven met een frequentie van de orde 10^9 Hz. Door het feit dat microgolven elektromagnetische golven zijn, hebben zij dus een elektrisch veld dat constant oscilleert en dit 10^9 keer per seconde.

Alle eten bevat een zeker gehalte water. Dit is een zeer belangrijk feit om de werking van een magnetron te kunnen verklaren. Water is namelijk een dipool. Dit wil zeggen dat het zowel een positieve als een negatieve pool bezit. Wanneer we nu elektromagnetische straling, in dit geval microgolven, door deze watermolecules sturen, dan zal het oscillerende elektrische veld ervoor zorgen dat de watermolecules zich steeds zullen richten volgens de richting van het elektrische veld. Door het feit dat dit veld steeds veranderd van richting, zullen de watermolecules dus ook steeds omgedraaid worden. De watermolecules in het voedsel dat in de magnetron geplaatst wordt, zullen dus aan zeer hoge snelheid beginnen te ‘trillen’. Dit zorgt ervoor dat het voedsel warm krijgt.