كيف يعمل فرن المايكروويف

في عصر السرعة والتطور التكنولوجي اصبح فرن الميكروويف ضرورة من الضروريات الملحة وربما لا يخلو بيت من فرن المايكروويف، وربما تتمنى كل ربة بيت اقتناءها مع جهازي التكييف والكومبيوتر في عصر يعطي الأولوية لما هو “أسرع”.

يعتبر الطهي بواسطة اشعة الميكروويف من تكنولوجيا القرن العشرين لما توفره من سرعة في تحضير الطعام أو تسخينه وكفائته العالية في توفير الطاقة المستخدمة في الافران التقليدية التي تعمل بالكهرباء أو الغاز حيث أنها تعمل على تسخين المواد الغذائية فقط دون غيرها.  وتجدر الاشارة إلى أن هذه الاجهزة موجودة في كل بيت في امريكا وأوروبا وبدأت تنتشر عندنا،  ولكن كثيراً ما دار التساؤل عن خطورة استخدام هذه الاجهزة على سلامة الانسان، وقبل الاجابة على هذا التساؤل يتوجب علينا شرح فكرة عمل فرن المايكروويف.

ما هي أشعة الميكروويف؟

اشعة المايكروويف هي جزء من الاشعة الكهرومغناطيسية ذات طول موجي طويل يقاس بالسنتمتر في المدى من 0.3 إلى 30 سنتمتر تنتج هذه الأشعة في الطبيعة عندما يمر تيار كهربي من خلال موصل وهي تشبه موجات التلفزيون والراديو والجوال.  ولهذه الاشعة استخدامات عديدة منها في طهي الطعام وهو مايعرف بفرن المايكروويف Microwave oven كما تستخدم في الاتصالات ونقل المعلومات واجهزة الاستشعار عن بعد واجهزة الرادار ومن هنا فإن استخدامها في الطهي هو جزء بسيط من تطبيقاتها العملية العديدة،

تستخدم أشعة الميكروويف في أجهزة التليفزيون التي تستقبل الإشعاعات من محطات الاستقبال، والاتصالات، وعلاج حساسية العظام. كما تدخل فيصناعات مختلفة كمعالجة المطاط وصناعة رقائق الخشب. إلا أناستخدامها في أفران الميكروويف يعدمن أشهر وأوسع استخداماتها؛ وذلك لما تتمتع به أشعة الميكروويف من خصال ثلاث تجعلها أنسب من غيرها لملاءمة هذا النوع من الأفران، فهي تنعكس على الأسطح المعدنية، وتمر من خلال الزجاج والورق، والسيراميك والبلاستيك، وتمتص بسهولة من الطعام دون تسخين حجرة الفرن، كما أنها تتحول إلى حرارة بمجرد امتصاصها فبذلك لا تلوث الطعام إشعاعيا.

 فكرة عمل فرن المايكروويف

يستخدم فرن المايكروويف اشعة المايكروويف لتسخين الطعام الموضوع في داخل الفرن، وللعلم فإن اشعة المايكروويف هي أمواج راديو ذات ترددات 2500 ميجاهيرتز وهذه امواج الراديو عند هذا التردد تمتلك خاصية هامة هي:

الخاصية الأولى

أن أشعة المايكروويف تمتص بواسطة الماء والمواد الدهنية والمواد السكرية، وهذا يعني أن جزيئات تلك المواد التي تحتوي على الماد والدهون والسكريات تمتص هذه الاشعة من خلال ذرات وجزيئات تلك المواد وامتصاص هذه الاشعة (المايكروويف) تكسبها طاقة تجعلتا تتذبذب بدرجة كبيرة مما تتصادم مع بعضها البعض وتنتج حرارة التسخين اللازمة لطهيها.

الخاصية الثانية

أن المواد البلاستيكية بجميع انواعها والمواد الزجاجية والسيراميك والفخار لا تمتص أشعة المايكروويف ولا تتأثر بها، وهذا يعني أنها لن ترتفع درجة حرارتها، أما المواد المعدنية اللامعة مثل الالومنيوم فيعكس تلك الاشعة ولذا يحظر استخدامها داخ افران المايكروويف

 تاريخ فرن الميكروويف وتصميم

فيعام 1946، وأثناء القيام ببعض الأبحاث الخاصة بالرادار، لاحظ المهندس سبنسر Percy Spencer  حينما كان يختبر صماما مفرغا يسمى بالمجنترون magnetron، أن الشكولاته التي كانت في جيبه تعرضت إلى حرارة ما جعلتها تتعرض للذوبان، لم يفهم السبب في البداية.. فتعمد وضع حبات من القمح بجانب هذاالصمام، فإذا بالفشار الناضج يتناثر في أرجاء معمله. وانكشف له الأمر بجلاء حينما وضع بيضة بجانب المجنيترون، ولاحظ الضغط الهائل عليها والذي أدى إلى انفجار صفارها في وجهه.

وتوصل سبنسر إلى أن تعرض هذه الأشياء إلى كثافة بسيطة من أشعة الميكروويف أدت إلى ذلك، وأشار إلى إمكانية حدوث هذه الظاهرة مع أي نوع من الطعام. بدأت التجارب وطوّر سبنسر صندوقا معدنيا له فتحة صغيرة تسمح بدخول أشعة الميكروويف وتمنع الحرارة من الهروب، وبدأت بذلك واحدة من أكبر صناعات القرن العشرين، والتي بدأت تأخذ أشكالاً عديدة حتى وصل فرن الميكروويف إلى ما هو عليه الآن، وأجيز تصنيعه رسميًا في عام 1971.

كما هو ظاهر فإن مصدر إنتاج هذه الأشعة هو المجنترون وهو صمام أو أنبوبة مفرغة تنتج أشعة يصل تذبذبها إلى 2450 ميجاهرنز بقدرة تصل من ألف إلى 3 آلاف وات، ويوجه المجنيترون أمواجه إلى قطعة معدنية متحركة لزيادة التأكد من التسخين. كما أن هناك مراوح بجانب هذه القطعة المعدنية تبعثر الأمواج في حجرة الفرن، ويوضع الطعام في وعاء دائري متحرك حتى يتأكد من توزيع الأشعة على الطعام كله.. هذا زيادة على لوحة معدنية تعكس هذه الأمواج على الباب.. كل ذلك يسبب انعكاس الأشعة من جدار إلى جدار كحجرة مليئة بالمرايا في منظومة للطاقة تتوقف مباشرة عند فتح الباب أو وصول الساعة المضبوطة إلى صفر.

التصميم الفني لفرن الميكروويف

يعتمد التصميم الفني للفرن على تركيبات متداخلة من الدوائر الكهربائية والأجهزة الميكانيكية لإنتاج وتنظيم الطاقة اللازمة لتسخين وطهي الطعام، وبصفة عامة فإن فرن الميكروويف يتكون من نظامين رئيسيين للتشغيل وهما:

وحدة التحكم

ووحدة إنتاج الفولط العالي.

وحدة التحكم: وتتكون من مؤقت إلكتروني ومنظم للطاقة الكهربائية وأجهزة الأمان فعندمايمر التيار الكهربائي من مصدر الطاقة عبر الأسلاك إلى داخل الفرن فإنه تعترضه سلسلة من الفيوزات والدوائر الكهربائية المصممة لإبطال عمل الفرن ذاتيا عند حدوث ماس كهربائي أو أي خلل تشغيلي آخر.

وحدة إنتاج الفولت العالي: بعد مرور التيار الكهربائي والتأكد من سلامة الأجهزة التشغيلية بالفرنتقوم وحدة إنتاج الفولت العالي والمكثف بمضاعفة الفولت الناتج من 115 فولتإلى 000 ،3 فولت تقريبا، وعندئذ تقوم وحدة المجنيترون بطريقة ديناميكية بتوليد ذبذبات موجية ذات قوة عالية والمعروفة بالموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بدورها عبر قناة معدنية تغذي منطقة الطهي ويتم توجيه هذه الموجاتإلى الطعام من جميع الجهات إما عبر انعكاسها من السطح المعدني أو الجدرانالداخلية للفرن وتظل هذه الموجات بداخل الفرن طوال فترة التشغيل التي تماختيارها على حسب نوع وكمية الطعام وعندما ينتهي الوقت المحدد أو عند فتحباب الفرن تتوقف هذه الوحدة تلقائيا أولا من مبدأ السلامة وثانيا لكيلا يصل الطعام إلى درجة فقدان الماء منه ويحترق.

كيف يقوم فرن المايكروويف بالطهي

يقوم فرن المايكروويف بطهي الطعام من الداخل إلى الخارج  بعكس الأفران العادية التي تقوم بالطهي من الخارج إلى الداخل حيث تنتقل حرارة الفرن منه إلى الوعاء وتنتقل الحرارة من الوعاء إلى المواد الملاصقة له بالتوصيل بينما لا يزال وسط الطعام بارداً وهذا ما يسبب احتراق الأجزاء الملاصقة للوعاء عند نهاية الطهي.   في حالة الطهي باستخدام أشعة المايكروويف فإن أمواج الراديو تمتص بواسطة جزيئات الماء والدهون المكونة للطعام وبالتالي ترتفع درجة حرارة كل جزيئات الطعام في نفس الوقت وبنفس الدرجة لأن كل الجزيئات تثار بنفس الدرجة  ولا حاجة لنقل الحرارة بالتوصيل.  ومن هنا نعرف الفرق بين الطريقة التقليدية للطهي وطريقة فرن المايكروويف وهي ان الأول يعمل بنقل الحرارة بالتوصيل بينما المايكروويف يسخن من خلال إثارة جزيئات الماء المكون للطعام.

ومن هنا نستنتج من توضيح فكرة عمل فرن المايكروويف أن لا خطر من استخدامه حيث أن الاشعة المستخدمة هي أشعة الراديو التي تحيطنا والاشعة المنبعثة من الفرن لا تخرج إلى خارجه كما أن نظام الحماية يوقف هذه الاشعة بمجرد فتح باب الفرن.

مشكلة البقع الساخنة وكيفية حلها

وجد عمليا ان الطهي بفرن الميكروويف يتنج عنه توزيع غير منتظم للحرارة على مساحة الفرن وهذا يعود إلى مايعرف بتكون البقع لساخنة Hot Spot والذي يعود إلى أن اشعة المايكروويف تنعكس على جدران الفرن مما تتسبب في تداخل بين الاشعة الساقطة والاشعة المنعكسة كما يحدث في أمواج الماء، هذه التداخلات تؤدي إلى تراكبات بناءة تكون عندها شدة الاشعة اكبر ما يمكن واخرى هدامة تكون عندها شدة الاشعة اصغر ما يمكن وهذا يسبب اختلاف توزيع الحرارة كما في الشكل.

والشكل التالي يوضح تأثير ذلك على طعام وضع في فرن ميكروويف ووزع بانتظام داخله وعند تشغيل الفرن لمدة من الزمن وجد أن بعض القطع وصلت الى درجة حرارة عالية وقطع اخرى لازالت باردة وهذا بسبب التداخلات التي تحدث في اشعة الميكروويف

هذا يسبب عدم نضج بعض اجزاء الطعام داخل الفرن بينما اجزاء أخرى تنضج جيداً ولحل هذه المشكلة تم اضافة موتور لادارة الوعاء داخل المايكروويف باستمرار لضمان توزيع منتظم للحرارة على اجزاء الطعام.

حقائق حول فرن الميكروويف

إن نوع الأشعة الموجودة في فرن الميكروويف ليست من الأنواع المشعة، كما أنها ليست إشعاعاً خطراً على الصحة إذا لم يحدث تسرب له ولتوضيح حقيقة تلك الأشعة، أقدم توضيحاً علمياً (مبسط قدر الاستطاعة) لأشعة الميكروويف. يقوم فرن الميكروويف بتسخين الأغذية عن طريق موجاته الكهرومغناطيسية والتي تعتبر موجات شبيهة لموجات الراديو والتلفزيون، ووجه الاختلاف بينها هو طول الموجة والتردد. وموجات فرن الميكروويف لا تأين الأغذية أو تسبب تغيراً فيصفات الأغذية الكيميائية كما تفعل الأشعة المتأينة (معاملة الأغذية بالإشعاع) مثل أشعة اكس وأشعة جاما. حيث إن هذه الأخيرة قد تؤدي إلى تكسير روابط الأغذية الكيميائية وتكون بما يسمى بالجذور الحرة التي قد تسبب مشكلات صحية للإنسان. وهذا لا يوجد في أشعة الميكروويف، إذ إن الميكروويف يعمل بطريقة مختلفة. فالأغذية تحتوي على مواد ذات شحنات موجبة أو سالبة (قطبية) فمثلاً جزيء الماء يحوي شحنة سالبة على ذرة الأكسجين وشحنة موجبة على ذرة الهيدروجين، وعندما تمرر موجات فرن الميكروويف فإن جزء الماء الموجود في الغذاء يحاول أن يوازن موضعه مع المجال الكهربائي لموجات فرن الميكروويفوالتي تتحرك 915 أو 2450 مليون مرة بالثانية (حسب نوع فرن الميكروويف) ونتيجة لذلك فإن هذه الجزيئات تحتك مع بعضها وتولد الحرارة المسئولة عن تسخين الأغذية. وهذا التأثير الحركي لموجات الميكروويف على الغذاء يتوقف على التيار الكهربائي دون ترك أي أضرار. ويجب أن نعلم أن موجات فرن الميكروويف غير قادرة على تأين الأغذية، ولكن يجب أن نفحص جهاز الميكروويف من تسرب موجات الميكروويف خلال التشغيل (خلل في الجهاز) التي قد تسبب أضراراً للعيون وبعض الأنسجة التي تمتص هذه الموجات. ويجب على من يستخدم الميكروويف أن يبتعد عن الجهاز لمسافة لا تقل عن متر واحد بغرض الابتعاد عن المجال الكهرومغناطيسي مثل أي جهاز آخر (التلفزيون).

كما علمنا ان فرن الميكروويف يستخدم اشعاع الميكروويف التي تعمل على تسخين الطعام اولاً ثم قد تؤثر على العبوات او الصحون التي تحتوي على الطعام لذلك فإنه يجب التأكد من ان نوع اوعية واغلفة البلاستيك المستخدمة انها خاصة لاستخدام الميكروويف ولابد كذلك التأكد بعد عملية الطبخ بالميكروويف انه لا توجد أي رائحة او طعم حيث انك اذا شممت وشككت في وجود رائحة غريبة او طعم غريب يشبه البلاستيك فيجب التخلص من الغذاء وعدم اكله حيث ان الخطر من استخدام الميكروويف ان هناك احتمالات من هجرة مواد بلاستيكية الى الغذاء عند الطبخ والتسخين واحب ان اوضح ورغم المراقبة على انية واغلفة البلاستيك المستخدمة في الميكروويف إلا انه يجب علينا الحذر من استخدام الادوات والآنية البلاستيكية التي لم تعد لاستخدامات الميكروويف حيث انه ثبت خطورتها عند التسخين وخصوصاً مع وجود الدهون في الطعام التي لابد من استخدام درجة حرارة عالية لتسخينها تجعل وصول الحرارة الى الآنية والاغلفة.

ورغم نجاح موجات الميكروويف في عملية التسخين والطبخ لسرعتها الفائقة واختزال وقت الطبخ بشكل سريع إلا ان استخدام اوان خاصة ضروري.

لأن جهاز الميكروويف يقوم بتحويل الكهرباء العادية إلى موجات مغناطيسيةذات تردد عال فإن هناك مجالاً مغناطيسياً حول الفرن وقت التشغيل.ولاشكأن المواصفات والاشتراطات تجعله في نطاق ضيق جداً ولكن لن يضر المستهلك أنيأخذ الحذر والحيطة التي تخرجه من أي شك بأن يبتعد أضعاف المسافة المقترحة. فالاقتراح هنا أن نبتعد عن الجهاز أثناء التشغيل بمسافة لا تقلعن متر أثناء تشغيله. وللمعلومة فإن مثل هذه الحيطة يمكن الأخذ بهابالابتعاد عن الأجهزة الأخرى مثل التلفزيون أو غيره مما ينتج موجات كهرومغناطيسي.

ليس لفرن الميكروويف تأثير مضر على المادة الغذائية عدا أننا لا نضمن أن تسخين الميكروويف يقوم بقتل الأحياء الدقيقة وكذلك فإننا لا يمكن أن نشوي الدجاج أو نحمّر الكيك باستخدام فرن الميكروويف إلا باستخدام مواد تغليف خاصة بهذا الغرض. لذلك يفضل أن يستخدم فرن الميكروويف لعمليات إعادة تسخين الأغذية وتذويبها من التجميد وليس طبخها. لأن فرن الميكروويف يؤدي عملية الإذابة بصورة سريعة وبذلك يكون ذا فعل إيجابي حيث إننا عندما نقوم مثلاً بتذويب الدجاج المجمد بالماء العادي فإن عملية التذويب تستغرق عدة ساعات يتبعها تكاثر ميكروبي ونشاط إنزيمي يقلل من القيمة الغذائية للمادة الغذائية.

 أسئلة واستفسارات

هل استخدام المايكروويف يضر بالصحة أم لا؟ وإذا كان ضارا ماهي الية تفادي هذا الضرر؟

لا شك ان ربات البيوت يخشون من استخدام الميكروويف لاعتقادهن بانها اجهزة ضارة وان كلمة اشعة ميكروويف اسم غير مألوف، لذا اود ان اؤكد انه لا ضرر من استخدام اجهزة الميكروويف على ولا ضرر منها على الصحة لان اجهزة افران الميكروويف  مصممة على ان تكون اشعة الميكرويف مركزة على الوعاء الداخلي للفرن والاشعة التي تنعكس يتم امتصاصها على الزجاج الداخلي للميكروويف وبالتالي لا تخرج ابدا من الجهاز وعند فتح باب الفرن يتوقف انتاج هذه الاشعة مباشرة وللعلم اجهزة الجوال تستخدم اشعة الميكيوويف في الاتصال وهي اشعة تحيط بنا من كل جانب ولكن في فرن الميكروويف تكون طاقتها اكبر بكثبر من تلك المستخدمة في شبكات الجوال.

الضرر الوحيد منها هو عدم الخبرة في استخدمها لطهي الطعام فالأواني المستخدمة للطهي يجب ان تكون من مواد غير معدنية مثل الألومنيوم أو القصدير (السولوفان المستخدم للف الطعام في الأفران الحرارية) وذلك لان أشعة الميكروويف لا تنفذ من خلالها وتنعكس لتسقط على مصدر إنتاج هذه الأشعة ويمكن ان تفسدها وهنا الضرر يصيب الجهاز نفسه، والأواني الفخارية والصينية هي الأفضل في الدرجة الأولي ثم الأواني الزجاجية وخاصة البايركس لأنها تتحمل الحرارة وهي مواد لا تمتص أشعة الميكروويف مما يضمن نفاذها إلى الطعام بسهولة لتطهوه اما الأواني البلاستيكية فلا ينصح باستخدامها إلا اذا كانت للتسخين لأنه من الممكن ان تتسرب بعض المواد الكيميائية إلىالطعام بفعل الحرارة.

كما ان الضررالأخر للمستخدمين الميكروويف في الطهي هو عدم التأكد من نضج الطعام تماماحيث ان بعض المناطق قد لا تتعرض للحرارة ولا نلاحظ ذلك لذا ينصح بتحريك قطع الطعام في مرحلة وسطية من الطهي بالإضافة إلى الدوران المستمر للإناء الداخلي لتفادي هذا الأمر ولكن اذا استخدم الميكروويف في تسخين الطعام فلامشكلة هنا لان الطعام مطهو ووظيفة الميكروويف هي التسخين فقط لذا انصح بقراءة الإرشادات جيدا قبل الاستخدام حتى نحصل على أفضل النتائج.

هل هناك فرق بين استخدام المايكروويف والفرن العادي؟

الفرق هو في فكرة العمل فالفرن العادي الحراري يعمل على تسخين الطعام برفع درجة حرارة الجسم تدريجيا إلى ان يصل الطعام إلى درجة حرارة الفرن وهذا يحتاج إلى فترة من الزمن إلى حين ان يطهى الطعام. اما الميكروويف فيستخدم أشعة الميكروويف وهذه الأشعة وجد انها تمتص بواسطة جزيئات الماء المكون للطعام وحركة الجزيئات تزداد بزيادة طاقة الميكروويف فترتفع درجة حرارة الطعام من خلال إثارة جزيئات الماء المكون له واحتكاكها مع بعضها البعض مثلما لو قامت بحك يديك بعضهما في فصل الشتاء فتشعر يداك بالدفيء. وكلما كان الطعام يحتوي على نسبة أعلى من الماء كلما كانت كفاءة استخدام الميكروويف أكثر وإذا ما قمنا بتعريض الطعام للميكروويف أكثر من اللازم فنحصل علىجفاف في الطعام لتبخر الماء منها.  اذا هناك فرق جوهري بين الطريقتين..