วิทยาศาสตร์ในเตาไมโครเวฟ

เตาในสงคราม

          ใครจะรู้บ้างว่าเตาไมโครเวฟที่ปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะชีวิตในเมืองที่รีบเร่งของเรา ๆ จะถือกำเนิดในระหว่างสงคราม
          สมัยสงครามโลกครั้งที่สองในปี พ.ศ. 2483 แรลดาลล์และบูท นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม ได้ประดิษฐ์อุปกรณ์ที่เรียกว่า “แมกนิตรอน” เพื่อใช้ในการตรวจจับเครื่องบินรบของฝ่ายนาซี โดยแมกนิตรอนที่จะส่งคลื่นไมโครเวฟออกไป เมื่อคลื่นกระทบกับเครื่องบินก็จะสะท้อนให้เห็นบนจอเรดาร์
          หลังสงครามโลก ก็ยังคงมีการศึกษาแมกนิตรอนเพื่อประโยชน์ทางการค้าอย่างต่อเนื่อง โดย ดร.เฟอร์ซี สเปนเซอร์ ได้พบว่าแมกนิตรอนสามารถทำให้ช็อกโกแลตละลายได้โดยบังเอิญ เตาไมโครเวฟจึงถูกพัฒนาขึ้น โดยไมโครเวฟเครื่องแรกมีขนาดใหญ่ถึง 1.5 เมตร แล้วค่อย ๆ พัฒนาขึ้นจนมีลักษณะเป็นอย่างปัจจุบัน                     

ตัวกำเนิดคลื่นไมโครเวฟ
          เตาไมโครเวฟใช้คลื่นไมโครเวฟในการปรุงอาหาร คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งอยู่ในช่วงคลื่นวิทยุซึ่งเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากกว่าคลื่นแสงที่ตาเห็น จึงใช้คลื่นที่มีความถี่ประมาณ 2,500 เมกะเฮิรตซ์ (2.5 × 109 Hz) หรือมีความยาวคลื่นประมาณ 12 เซนติเมตรในขณะที่คลื่นวิทยุ จส.100 ใช้คลื่นความถี่ 100 เมกะเฮิรตซ์ หรือมีความยาวคลื่น 3 เมตร
          คลื่นไมโครเวฟในช่วงนี้มีสมบัติที่น่าสนใจมากคือ จะถูกดูดกลืนโดย น้ำ ไขมัน และ น้ำตาลได้ดี แล้วพลังงานคลื่นที่ถูกดูดกลืนจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนทำให้โมเลกุลสั่นรุนแรงยิ่งขึ้น พูดง่าย ๆ คือ เกิดความร้อนขึ้นนั่นเอง แต่ที่น่าแปลกก็คือ คลื่นไมโครเวฟในช่วงนี้จะไม่ถูกดูดกลืนโดย แก้ว เซรามิก และพลาสติก ในขณะที่แผ่นโลหะจะสะท้อนคลื่นไมโครเวฟได้ดี ดังนั้นการปรุงอาหารด้วยภาชนะโลหะในเตาไมโครเวฟจึงมีประสิทธิภาพไม่ดีเท่าที่ควร
                                     
ไมโครเวฟทำให้อาหารสุกได้อย่างไร

           เราคงเคยได้ยินว่าไมโครเวฟทำให้อาหารสุกจากภายใน แต่เตาอบทั่วไปทำให้อาหารสุกจากภายนอก ในเตาอบธรรมดา ถ้าเราต้องการอบขนมปังโดยตั้งอุณหภูมิเตาไว้ที่ 350 องศาเซลเซียส แต่จริง ๆ แล้วภายในเตาอาจมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ตั้งไว้ คือ ถึง 600 องศาเซลเซียส ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกถ่ายโอนไปยังอาหารด้วยการนำความร้อนจากภายนอกสู่ภายในอาหาร ในขณะที่ภายในเตายังมีอากาศร้อนและแห้งดังนั้นความชื้นในอาหารจะถูกระเหยไป สิ่งที่เราได้คือ ขนมปังที่ด้านนอกมีสีน้ำตาล กรอบ แต่ภายในยังคงนุ่มอยู่
          แต่เตาไมโครเวฟทำงานต่างออกไป โดยคลื่นไมโครเวฟในเตาจะทะลุเข้าไปในเนื้ออาหารทำให้โมเลกุลของน้ำและไขมันสั่น ทำให้เกิดความร้อนภายในอาหารเกือบพร้อมกันทุกส่วน โดยไม่ต้องอาศัยการนำความร้อนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง แต่การปรุงอาหารด้วยไมโครเวฟก็มีข้อจำกัดเหมือนกัน คือ ในการปรุงอาหารที่หนามาก ๆ หรือใหญ่มาก คลื่นไมโครเวฟไม่สามารถทะลุผ่านเข้าไปถึงใจกลางของอาหารได้ ทำให้ความร้อนภายในอาหารนี้ไม่สม่ำเสมอซึ่งอาจทำให้อาหารสุกได้ดีไม่เท่ากัน ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งที่สำคัญคือ คุณสมบัติการแทรกสอดของคลื่นจะทำให้เกิด จุดร้อน (hot spot) และจุดเย็น (cold spot) ทำให้อาหารร้อนมากในบางจุดและดิบในบางจุด

ความเชื่อหรือความจริง

•  ถ้าเอามดใส่เตาไมโครเวฟ มดจะไม่ตาย
            เรื่องนี้เป็นเรื่องจริง เนื่องจากมดมีขนาดตัวเล็กกว่าความยาวคลื่นไมโครเวฟในเตามาก และมดเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทำให้มดไม่ได้รับอิทธิพลของคลื่นไมโครเวฟมาก นอกจากนี้มดเป็นสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่กลางแจ้ง มันจึงมีกลไกที่ปกป้องและหลีกเลี่ยงอันตรายที่จะเกิดจากความร้อนในเตาได้
• ถ้าเอาส้อมใส่เตาไมโครเวฟ จะทำให้เตาระเบิดได้
            เรื่องนี้ค่อนข้างเกินจริง แต่จะมองข้ามประเด็นข้อระมัดระวังในเรื่องนี้ไปเลยคงไม่ได้ เพราะแผ่นโลหะบาง ๆ รวมถึงโลหะปลายแหลมจะถูกทำให้ร้อนอย่างรวดเร็วมากในเตาไมโครเวฟจนอาจทำให้ลุกเป็นไฟได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือ การอบถุงข้าวโพดคั่วที่มีลวดเย็บกระดาษติดอยู่ ลวดเย็บกระดาษจะถูกทำให้ร้อนอย่างรวดเร็วและมีอุณหภูมิสูงมาก จนทำให้ไฟไหม้ถุงกระดาษได้ ซึ่งจะลุกลามเป็นเรื่องใหญ่ได้
            ดังนั้นทางที่ดีที่สุด คือหลีกเลี่ยงการใช้โลหะทุกชนิดในเตาไมโครเวฟไปเลย
• ห้ามต้มน้ำหรือชงกาแฟในไมโครเวฟ
            เรื่องนี้เป็นเรื่องจริงที่ควรบอกต่อ ๆ เพื่อเตือนกันไว้ การต้มน้ำในไมโครเวฟอาจกลายเป็นเรื่องถึงห้องฉุกเฉินได้ โดยเฉพาะการต้มน้ำในแก้วเซรามิก หรือ แก้วใส ๆ ธรรมดา น้ำที่ต้มในไมโครเวฟบางครั้งอาจระเบิดได้ เพราะ น้ำจะถูกต้มให้มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำปกติ (superheated water) ปกติเวลาน้ำเดือดเราจะเห็นฟองอากาศลอยผุดขึ้นผิวน้ำ ฟองอากาศนี้ช่วยลดอุณหภูมิของน้ำให้อยู่ที่จุดเดือดปกติ ถ้าไม่มีฟองอากาศอุณหภูมิของน้ำอาจสูงกว่าจุดเดือดมากจนทำให้เกิดน้ำระเบิดได้
           แต่ถ้าไม่มีการระเบิดในเตาไมโครเวฟ การนำน้ำที่ต้มด้วยเตาไมโครเวฟออกมาชงกาแฟเป็นเรื่องร้ายแรงมาก เพราะน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดปกติ เปรียบเสมือนระเบิดเวลา เพราะน้ำที่เดือดแล้วควรจะกลายเป็นไอแต่กลับคงอยู่ในสถานะของเหลว การใส่กาแฟ หรือน้ำตาล หรือแม้กระทั่งถุงชาลงไป จะรบกวนระบบทำให้น้ำกลายเป็นไอและขยายปริมาตรอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นระเบิดน้ำเดือดขนาดย่อม ๆ ซึ่งอาจร้ายแรงมาก
           นอกจากนี้การระเบิดขณะต้มเส้นสปาเกตตี้ ต้มไข่ และการระเบิดของไข่แดงขณะที่ทำไข่ดาว ก็สามารถอธิบายได้ในทำนองเดียวกัน
                        
ข้อควรระวังอื่น ๆ ในการปรุงอาหารด้วยเตาไมโครเวฟ

          •   อาหารที่ปรุงในเตาไมโครเวฟอาจสุกไม่เท่ากัน จึงอาจทำให้แบคทีเรียบางชนิดยังมีชีวิตอยู่ได้ เพื่อช่วยลดความเสี่ยงนี้จึงควรจัดอาหารให้อยู่กระจาย ๆ แล้วปรุง 2 ครั้ง หมุนตำแหน่งอาหารไปเรื่อย ๆ ถ้าชิ้นอาหารมีความหนาควรกลับด้านระหว่างปรุง
          •   เนื่องจากอาหารมีโอกาสเกิดจุดร้อน หรือมีอุณหภูมิสูงมากในบางจุด จึงไม่ควรใช้เตาอุ่นนม หรือปรุงอาหารสำหรับเด็กเล็ก
          •   ควรนำพลาสติกห่ออาหารออกให้เรียบร้อยก่อนละลายอาหารแช่แข็ง เพราะพลาสติกอาจละลายและอาหารได้รับอันตรายจากสารเคมีนั้น
          •   ใช้ภาชนะที่ระบุว่าใช้ได้สำหรับไมโครเวฟเท่านั้น
          •   ไม่ควรใช้ถุง กระดาษหนังสือพิมพ์ โลหะหรือแผ่นฟอยล์ในเตาไมโครเวฟ