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                                               Autoras: María Carolina Cantillo y Jenaan Khaled Tarabein 

Disclaimer: Antes que nada, nos gustaría dejar en claro que no nos haremos responsables de cualquier intento de recrear el experimento aquí tratado y posibles efectos en la integridad de sus microondas. No se aceptan quejas ni reclamos. Ahora sí con esto dicho, comencemos:

¿Sabes que tienen en común el velcro, la Coca-Cola, la penicilina, el marcapasos, las galletas con chispas de chocolate y el microondas? Aunque todos estos inventos son muy distintos, comparten una misma característica, fueron descubiertos accidentalmente.

En el caso del horno microondas este suceso ocurrió en 1945 cuando el ingeniero Percy Spencer realizaba experimentos en su laboratorio con un magnetrón con fines armamentísticos. Todo cambió cuando Spencer notó que un dulce que guardaba en el bolsillo se había derretido y supuso que estaría relacionado con las ondas del aparato, acto seguido para probar su hipótesis lo volvió a intentar con un huevo crudo y granos de maíz, concluyendo el primero en una explosión y el segundo en palomitas de maíz.

¿Cómo funciona un microondas?

Los hornos microondas cocinan los alimentos increíblemente rápido, calentando las sobras refrigeradas en minutos o menos. Esto era algo increíble para la época en que era posible demorarse horas solo para calentar un plato de comida. Pero ¿Cómo es esto posible?

Este fenómeno se debe principalmente al magnetrón, este funciona partiendo de dos principios fundamentales de la física: el movimiento de los electrones en el campo magnético (al ingresar los electrones a un campo eléctrico estos experimentan un movimiento circular o espiral, lo que genera microondas) y la resonancia electromagnética (oscila a una frecuencia con la máxima amplitud, para amplificar la señal producida).

Un microondas tiene varias partes clave que permiten su funcionamiento:

• Magnetrón: Genera las microondas que calientan los alimentos. • Guía de ondas: Canaliza las microondas hacia el interior del horno.

• Ventilador: Dispersa el calor generado por el magnetrón y ayuda a la circulación de aire.

• Plato giratorio: Hace girar los alimentos para una cocción uniforme.

• Panel de control: Permite al usuario ajustar el tiempo y la potencia.

• Transformador de alto voltaje: Aumenta el voltaje para alimentar el magnetrón.

¿Cómo funciona el magnetrón?

                                               Partes de un magnetrón

En realidad, su funcionamiento es muy simple dentro del magnetrón que hay en cada microondas, se encuentra un cátodo (electrodo negativo) en el centro y un ánodo (electrodo positivo) alrededor. El cátodo se encarga de emitir electrones debido al efecto termoiónico.

                                     Cátado y ánodo de un magnetrón

Cuando aplicamos una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo, se crea un campo eléctrico. Este campo trata de "empujar" los electrones del cátodo al ánodo.

                                    Campo eléctrico entre el cátodo y el ánodo

Además del campo eléctrico, hay un campo magnético perpendicular al campo eléctrico. Este campo magnético "desvía" a los electrones, haciendo que no vayan en línea recta, sino en un movimiento circular y es cauda debido a dos imanes ubicados en su interior.

                                     Campo magnético generado por los imanes

Debido a la combinación del campo magnético y el campo eléctrico, los electrones empiezan a moverse en espirales alrededor del cátodo, formando lo que podríamos imaginar como un "remolino" de electrones.

                                            Remolino de electrones o ciclotrón

El magnetrón tiene cavidades resonantes (como pequeñas cámaras), que están diseñadas para hacer que los electrones generen ondas electromagnéticas a una frecuencia específica (en el caso del microondas, en el rango de las microondas). A medida que los electrones giran y se mueven en espiral, generan ondas electromagnéticas dentro de las cavidades resonantes.

                                                      Cavidades del ánodo

Estas ondas salen por una antena conectada al magnetrón, que luego las dirige hacia el interior del horno de microondas. Las microondas generadas hacen vibrar las moléculas de agua en los alimentos, lo que produce calor y, finalmente, cocina o calienta lo que metiste en el microondas.

¿Qué es el plasma?

El plasma, comúnmente descrito como el cuarto estado de la materia, se forma al ionizar un gas, liberando electrones de los átomos y creando una mezcla de iones positivos y electrones libres[x]. Esta mezcla es altamente conductiva y responde a campos electromagnéticos. Así como presenciamos el plasma de manera natural en el universo, estrellas y el espacio interestelar, este también se produce de forma artificial para aplicaciones en la fabricación y la tecnología, como en revestimientos especializados y la industria de semiconductores.

Efecto uva + microondas = plasma

En este blog, exploraremos cómo las energías dentro de un microondas pueden inducir la formación de plasma. Aunque generar plasma en un microondas casero implica riesgos y no se recomienda intentarlo sin las precauciones adecuadas, comprender este proceso ofrece una perspectiva fascinante sobre la física del plasma y sus aplicaciones prácticas. En los siguientes segmentos, detallaremos los principios científicos presentes y como se manifiestan en tecnologías cotidianas.

La capacidad de un microondas casero para generar plasma se puede demostrar con un experimento simple usando una uva cortada por la mitad. Este método ilustra la interacción entre la energía de las microondas y los componentes minerales naturales de la fruta, destacando la formación de plasma bajo condiciones específicas.

Cuando se coloca la uva cortada en el microondas, las microondas, que son ondas electromagnéticas, activan los iones de potasio y sodio presentes en la humedad de la uva. Las mitades de la uva, conectadas por un pequeño puente de piel, concentran la energía electromagnética en este pequeño espacio, creando condiciones ideales para la ionización del aire entre las mitades. Este aire ionizado es lo que observamos como plasma, una chispa brillante que aparece brevemente durante la exposición a las microondas.

En la imagen anterior se pueden distinguir las distintas fases del fenómeno. Inicialmente, cuando el microondas comienza a actuar sobre las uvas, se puede ver un leve brillo que indica el comienzo de la ionización del aire entre las mitades de la uva. A medida que continúa la exposición a las microondas, este brillo se intensifica y se transforma en una llama claramente visible, que es el plasma en sí. Esta luz brillante es resultado de la energía electromagnética que estimula los electrones en los gases del aire, provocando su ionización. En la tercera fase, el plasma desarrollado, se mantiene estable y luminoso por la continua exposición.

El gráfico que se encuentra bajo la imagen muestra la emisión de luz del plasma en diferentes longitudes de onda. Las curvas representan diferentes materiales (uvas, papel de aluminio, y perlas de agua), indicando cómo estos materiales afectan la intensidad y la distribución espectral del plasma. Notablemente, las líneas prominentes de sodio (Na) y potasio (K) indican la presencia de estos elementos en las uvas, que son críticos para la formación del plasma.

El experimento de plasma con una uva en un microondas demuestra cómo las microondas pueden ionizar el aire entre las mitades de la uva, generando plasma. Este fenómeno ilustra la interacción entre las microondas y los componentes de la fruta, resultando en una chispa visible. Aunque el experimento es interesante, es crucial realizarlo con precaución para evitar daños al microondas o riesgos para la seguridad. En esencia, el microondas utiliza principios físicos complejos para calentar los alimentos de manera rápida y efectiva.

Otras curiosidades del microondas

¿Por qué no se pueden meter metales u otros materiales?

Metales: Los metales no son seguros para usar en un microondas. Esto se debe a que las microondas provocan que los electrones en los metales se muevan rápidamente, creando chispas y arcos eléctricos. Además, el metal puede reflejar las microondas, causando una distribución desigual del calor.

Papeles y cartones: Aunque algunos papeles y cartones pueden parecer seguros, en realidad pueden ser peligrosos. Pueden incendiarse si se calientan demasiado tiempo o si se exponen a microondas durante períodos prolongados. Además, algunos papeles pueden liberar tintas o sustancias químicas no aptas para el consumo.

Referencias

https://www.bbc.com/mundo/noticias-41284514 https://www.scientificamerican.com/article/how-the-microwave-works/ https://www.electricity-magnetism.org/es/como-funciona-unmagnetron/#:~:text=El%20magnetr%C3%B3n%20opera%20bas%C3%A1ndose%20en,una%20traye ctoria%20circular%20o%20espiral.

https://engineerguy.com/elements/

https://www.britannica.com/science/plasma-state-of-matter https://www.sciencelearn.org.nz/resources/238-plasmas-explained

Por qué las uvas producen un plasma en un horno microondas - La Ciencia de la Mula Francis (naukas.com)