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En casa · Pieza 6

¿Cómo funciona un microondas?

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Un microondas es una caja de metal con un emisor de radio atornillado a un lado. El emisor llena la caja de ondas que hacen girar a un lado y a otro las moléculas de agua de la comida, y ese zarandeo es el calor. Las ondas rebotan entre las paredes y se apilan en un dibujo fijo, así que hay zonas de la caja con mucha energía y zonas con casi ninguna. Por eso un bocado de las sobras quema y el siguiente sigue frío, y por eso gira el plato: así cada trozo pasa por las zonas calientes y por las frías.

Debajo, el suelo del horno visto desde arriba: arrastra el borde del plato.

Una caja de ejemplo de 30 por 31 cm y 20 cm de alto, que no es ningún horno concreto, vista desde arriba a la altura de la comida. El dibujo sale de las medidas de la caja, no está pintado a mano: entre 2400 y 2500 MHz caben en ella 11 ondas estacionarias, y en una caja 1 cm más baja solo 8. También puedes pulsar «Girando» y dejar que lo haga el motor; los botones de debajo cambian cuántas ondas estacionarias hay a la vez, y «Otras ondas» elige otra mezcla de ellas.

Cómo funciona un microondas, paso a paso:

  1. Un tubo llamado magnetrón convierte la electricidad en ondas de radio de 2450 MHz (2,45 GHz).
  2. Las ondas rebotan en el metal y se suman en zonas con mucha energía y zonas con poca.
  3. El agua de la comida intenta girar con el campo, y ese zarandeo es calor.
  4. La comida en una zona fuerte se calienta; en una débil sigue fría, salvo que se mueva.

¿Por qué el microondas calienta de forma desigual?

Piensa en una cuerda de saltar que dos personas mueven desde los extremos al ritmo justo. Unos puntos se balancean mucho y otros apenas se mueven, y el dibujo no cambia de sitio: a eso se le llama onda estacionaria. Las ondas que rebotan entre las paredes del horno hacen lo mismo en tres dimensiones. Donde los rebotes llegan acompasados se suman y el campo oscila con fuerza: un punto caliente. A medio camino entre dos de esos se anulan, y la comida se queda fría.

¿Cómo calienta la comida el microondas?

El campo oscila de un lado a otro 2450 millones de veces por segundo. Una molécula de agua es algo positiva en un extremo y algo negativa en el otro, así que el campo intenta girarla una y otra vez. En el agua líquida cada molécula está enredada con sus vecinas y no puede seguirlo bien. Se queda atrás, empuja a las de alrededor, y ese empujón es calor.

¿El microondas solo calienta el agua a una frecuencia de resonancia?

Se lee a menudo, y es falso. Los 2450 MHz no tienen nada que ver con la comida: es una de las frecuencias que las normas de Estados Unidos reservan para aparatos de calentamiento, con 50 MHz de margen. Y el agua no tiene ninguna resonancia estrecha cerca de esa frecuencia. Lo que el agua convierte en calor forma un pico muy ancho, con el máximo hacia los 20 GHz (19,3 GHz a 25 °C, según mis cuentas con el modelo de Liebe, Hufford y Manabe). Ahí la potencia se gastaría en el primer medio milímetro de comida, así que los hornos trabajan muy por debajo a propósito. A 2,45 GHz la potencia llega a unos 1,9 cm dentro del agua antes de bajar a un tercio; Martin Chaplin, de la London South Bank University, da 1,4 cm. Los dos parten de datos algo distintos y dicen lo mismo: un par de centímetros.

¿El microondas calienta de adentro hacia afuera?

No, según la FDA, la agencia de alimentos de Estados Unidos. Las ondas llegan desde fuera y pierden energía al avanzar, así que los primeros centímetros se llevan la mayor parte. Con el mismo modelo, la potencia baja a un tercio a 0,8 cm en agua a 0 °C, a 1,6 cm a 20 °C y a 2,7 cm a 40 °C. En un trozo grueso de carne, según la FDA, el interior se hace sobre todo con el calor que le pasan las capas de fuera, como en un horno normal.

¿Por qué gira el plato del microondas?

Los puntos calientes no se mueven, así que la comida tiene que pasar por ellos: gira el plato en la maqueta de arriba y verás cómo los puntos se estiran en anillos: toda la comida a la misma distancia del centro pasa por los mismos sitios calientes y fríos, y acaba con el mismo calor.

El plato iguala el calor a lo largo de cada círculo, nunca entre el centro y el borde, y el centro exacto no se mueve. Con la mezcla de ondas con la que arranca la maqueta, tras una vuelta el centímetro central recibe un 15 % del calor medio y el centro exacto casi nada, por mucho que gire. Para eso sirve remover (o revolver) a mitad de tiempo: la cuchara pasa la comida de un círculo a otro.

¿El microondas mata las bacterias?

Sí, allí donde la comida se calienta de verdad, y los puntos fríos como los de la maqueta son justo los sitios donde puede quedarse corta. A los microbios los mata el calor que las ondas dejan en la comida. En la maqueta, tras una vuelta el centímetro central se queda con un 15 % del calor medio: ahí es donde yo pincharía el termómetro. El USDA, el Departamento de Agricultura de EE. UU., avisa en su guía en español de que los hornos microondas «pueden cocinar de manera desigual y dejar "puntos fríos" donde las bacterias dañinas pueden sobrevivir».

Aconseja remover o dar la vuelta a la comida a mitad del tiempo de cocción, cuando se pueda, y dejarla reposar, porque «la cocción continúa y finaliza durante el tiempo de reposo». Y para lo recalentado (sobras, salchichas, embutidos), termómetro: tiene que llegar a 74 °C (165 °F).

¿Quién inventó el microondas?

Percy Spencer, ingeniero de Raytheon, la empresa que fabricaba magnetrones para los radares de la Segunda Guerra Mundial. Su patente, «Method of treating foodstuffs» (método para tratar alimentos), se solicitó el 8 de octubre de 1945 y se concedió en 1950. La historia de la barra de chocolate que se derritió en su bolsillo junto a un equipo de microondas viene de relatos posteriores, como la wiki de historia del IEEE, no de la patente. Esa misma wiki la sitúa «hacia 1946», cuando la patente ya estaba solicitada, así que la tomo por una buena historia más que por un hecho comprobado.

¿Se puede medir la velocidad de la luz con chocolate?

Sí. Quita todo el envoltorio, también el papel de aluminio, y pon la barra en un plato apto para microondas. Para que no gire, quita el plato giratorio si el manual lo permite; si no, apoya tu plato sobre un cuenco boca abajo que no toque el plato giratorio. Calienta a poca potencia, mirando, hasta que se ablanden unas cuantas manchas, y para ahí: el chocolate que se pasa se quema y echa humo. La distancia entre dos manchas vecinas es más o menos media longitud de onda: multiplícala por dos y por la frecuencia de la etiqueta, y te sale la velocidad de la luz.

Robert Stauffer, profesor de instituto, publicó el experimento con nubes (malvaviscos) en 1997 y contó que su clase a menudo se quedaba a menos de un 5 % de error. En las etiquetas pone 2450 MHz, y la banda de los hornos va de 2400 a 2500 MHz. En un horno real las ondas cruzan la caja en ángulo, lo que puede alargar la distancia pero nunca acortarla, así que el error suele salir por arriba.

¿Cómo funciona la puerta del microondas? Por qué se ve a través y las ondas no salen

La ventana lleva una chapa de metal llena de agujeros pequeños. En 1944 Hans Bethe calculó que la parte de la potencia que llega al agujero y lo cruza cae con la cuarta potencia de su tamaño: con la mitad de agujero, esa parte se queda en una dieciseisava, y como el agujero más pequeño además recoge cuatro veces menos, en total pasa sesenta y cuatro veces menos. La onda del horno mide 12,2 cm y los agujeros, alrededor de 1 mm; la luz, de unos 0,0005 mm, pasa sin problema. Una patente de Matsushita, solicitada en 1976, pide agujeros de 1,2 mm como mucho, y por uno así pasa más o menos una parte de cada 4,6 millones de la potencia que le llega, sin contar lo que añade el grosor de la chapa.

Un solo agujero en metal perfecto, con la onda de frente. La fórmula de Bethe vale para agujeros mucho menores que la onda, así que la maqueta la usa hasta 12 mm y deja un interrogante entre 12 y unos 72 mm, donde la onda empieza a caber.

¿Por qué el papel de aluminio hace chispas en el microondas?

El metal refleja las ondas, y la FDA aconseja en general no meter recipientes metálicos ni papel de aluminio: la comida se hace desigual y el horno puede estropearse. Ese «en general» importa: si tu horno trae una rejilla metálica, manda su manual. Las chispas salen de bordes y puntas: en el diente de un tenedor o en una esquina de aluminio la carga se amontona y el campo se hace tan fuerte que el aire deja de aislar.

¿Es malo el microondas? ¿Su radiación da cáncer?

Aquí «radiación» quiere decir ondas de radio, no radiactividad. La FDA considera seguros los hornos que cumplen su norma y se usan según las instrucciones del fabricante. A niveles altos, dice, las microondas pueden causar quemaduras en la piel o cataratas, y aclara que esas lesiones solo las causan cantidades grandes de radiación de microondas. De la exposición a niveles bajos reconoce que se sabe menos, y del cáncer su página no dice nada. Por eso importa la puerta: la FDA advierte que un horno dañado puede dejar escapar energía y que no conviene usarlo si la puerta no cierra bien o está doblada. La norma federal de EE. UU. 21 CFR 1030.10 limita la fuga, medida a 5 cm o más de la superficie, a 1 mW/cm² en un horno nuevo y a 5 mW/cm² en uno usado, y exige al menos dos sistemas de bloqueo que corten las microondas en cuanto se suelta el pestillo o se abre la puerta. Así que no puede funcionar con la puerta abierta, y apagado el magnetrón no emite nada. Los hornos vendidos en otros países siguen sus propias normas. La FDA aclara también que la energía se convierte en calor en la comida y no la vuelve radiactiva.

Otro riesgo que la FDA sí señala: el agua sola en una taza limpia puede pasar de 100 °C sin hervir y saltar de golpe al moverla. Echar antes café soluble o azúcar reduce mucho el riesgo, y la FDA pide seguir el tiempo de calentamiento que indica el manual.

¿Qué simplifican las maquetas?

Fuentes