Curiosità sul mondo dei forni a microonde tratte dal libro di Piero Bianucci Le Macchine Invisibili.
Ad eccezione delle immagini e della grassettatura da me aggiunta, questo articolo è preso nella sua interezza (e fedelmente) dal libro Le Macchine Invisibili, Longanesi 2009, ben fatto e consigliatissimo. Si ringraziano l'autore e l'editore per la gentile concessione della riproduzione.
Nel 1946 il tecnico autodidatta Percy Spencer lavorava alla Raytheon, azienda americana che utilizzava speciali valvole chiamate "magnetron", componente fondamentale dei radar. Il magnetron era stato inventato nel 1921 dal fisico americano Albert Wallace Hull (1880-1966): è un diodo concepito in modo da emettere onde elettromagnetiche ad altissima frequenza, e quindi molto corte. Il primo radar fu realizzato nel 1935 dal fisico scozzese Robert Alexander Watson-Watt e questa tecnologia rimase sotto segreto militare fino al termine della Seconda Guerra Mondiale.
Come i pipistrelli individuano gli ostacoli captando l'eco di ultrasuoni che essi stessi emettono, così il radar utilizza un fascio di onde radio generate dal magnetron per spazzare il cielo e l'orizzonte. Quando il fascio di onde radio, orientato da un'antenna a parabola, incontra un oggetto metallico (per esempio un aereo o una nave), subisce una riflessione. Misurando il tempo intercorso tra l'emissione e il segnale di ritorno è possibile stabilire la distanza dell'ostacolo.
Una mattina Percy Spencer si trovava vicino a un magnetron in funzione quando si accorse che una caramella che aveva in tasca si era fusa (ma c'è chi parla di una tavoletta di cioccolata). Incuriosito, Spencer espose al magnetron dei chicchi di granoturco, che si trasformarono in popcorn, e poi un uovo, che esplose dopo qualche decina di secondi.
Presto Spencer capì che il fenomeno era dovuto al fatto che le molecole di acqua contenute nell'uovo e nel granoturco entravano in rapidissima rotazione per effetto delle microonde emesse dal magnetron, e per sfregamento scaldavano le altre molecole intorno. Aveva scoperto un nuovo metodo di cottura, molto veloce e a temperatura costante. Un anno dopo la Raytheon metteva in commercio il primo forno a microonde. Nel nome, Radarange, ricordava le sue origini belliche, era alto quasi due metri, pesava 340 kg, aveva una potenza di tremila watt (più del triplo dei forni domestici oggi in uso) ed era raffreddato ad acqua. Un apparecchio costoso e poco pratico. Solo ristoranti e industrie alimentari potevano permetterselo.
Radarange della Raytheon,
il primo forno a microonde in commercio
Intervennero poi altre aziende a perfezionarlo. Essenziale fu adattare il magnetron a funzionare senza il carico dell'antenna: quelli progettati per i radar, messi a funzionare in un forno, avevano vita breve. Il primo forno a microonde da tavolo è del 1967. Finalmente negli anni Ottanta la tecnologia diventa matura e i prezzi incominciano a scendere rapidamente. Oggi un forno a microonde costa un centinaio di euro. E' la felicità dei "single". Basta metterci dentro un piatto surgelato, e in pochi minuti ci si può sedere a tavola. Spencer, inventore per caso ma non troppo (deteneva 200 brevetti), è morto a 76 anni nel 1970, poco prima di vedere il trionfo della sua creatura.
La frequenza di oscillazione dei magnetron è di 2.45 GHz (2 miliardi e 450 milioni di cicli al secondo), corrispondente alla lunghezza d'onda di 12.24 centimetri. Per un confronto, la frequenza dei telefoni cellulari GMS è poco meno di un GHz, per gli UMTS poco meno di 2. Poiché le molecole di acqua sono polari, cioè hanno una estremità elettricamente positiva e l'altra negativa, reagiscono vibrando al campo elettromagnetico ad altissima frequenza. Nell'attrito con il materiale circostante si sviluppa calore. La temperatura però non supera quella di ebollizione: raggiunti i 100 °C, l'acqua evapora e la molecola sfugge dal cibo in cui si trovava. Se non è dotato di un grill, che è in sostanza una resistenza elettrica che emette radiazione infrarossa, il forno a microonde non potrà quindi mai darci un arrosto: la sua è una cottura che ricorda quella a vapore, anche se altre molecole polari - grassi, proteine e zuccheri - possono interagire con le microonde.
Nel magnetron il catodo, un filo incandescente, emette elettroni al centro del dispositivo, che ovviamente è sotto vuoto. Un magnetron permanente costringe gli elettroni a dirigersi con un moto a spirale verso la parete del dispositivo, che funge da anodo. Lungo la parete si trovano delle cavità. Entrando in risonanza con queste cavità, gli elettroni generano molecole la cui lunghezza è determinata dalle dimensioni delle cavità stesse. Per alimentare il magnetron occorre una corrente continua di alcune migliaia di volt. Un trasformatore alza il voltaggio della corrente alternata di rete, un raddrizzatore la trasforma in corrente continua, un condensatore ad alta capacità la accumula e un microprocessore accende e spegne il sistema governando i tempi in modo da ottenere la potenza desiderata.
I forni a microonde assorbono da 800 a 1100 watt. Non è poco, ma c'è pur sempre un risparmio rispetto al forno elettrico convenzionale, anche perché il tempo di cottura si abbrevia del 25 per cento. Nell'ipotesi che ne assorba 1100, circa 700 si trasformano in microonde, gli altri 400 vengono dissipati come calore, principalmente dal magnetron, che infatti deve essere raffreddato da una ventola. Il rendimento tuttavia è piuttosto buono perché tutti i 700 watt di microonde si concentrano sul cibo. Perché ciò avvenga occorre però che il cibo sia messo in contenitori di plastica, cartoncino, ceramica, porcellana, vetro o terracotta, cioè materiali trasparenti alle microonde. I contenitori metallici sono assolutamente da evitare non solo perché impedirebbero il riscaldamento degli alimenti, ma anche perché danneggerebbero il forno.
Il 70 per cento del nostro corpo è acqua: mettere una mano nel forno a microonde non sarebbe un'esperienza piacevole. Ovviamente un sistema di sicurezza impedisce di aprire il forno finché è in funzione. Spegnendo il forno, cessa all'istante la radiazione elettromagnetica, proprio come una stanza diventa buia quando spegniamo la luce, e quindi viene meno qualsiasi rischio.
Nessun problema intorno al forno; la sua struttura metallica funziona come una gabbia di Faraday: le microonde non possono passare attraverso una struttura metallica con maglie più strette della loro lunghezza d'onda e rimangono intrappolate nel forno. Per ulteriore sicurezza, il vetro anteriore ha una sottile grata a maglie strette.
Un moderno forno a microonde visto ai raggi X
In basso a destra si nota il magnetron
(Credit: Focus)
Quanto al campo magnetico, raggiunge l'intensità di 75-200 microtesla a tre centimetri dal forno (fino a quattro volte il campo magnetico terrestre che orienta la bussola) ma alla distanza di un metro si riduce a 0.2, il limite di legge estremamente prudente adottato in Italia. La dispersione di microonde a 5 centimetri dal forno non supera 1 millesimo di watt per centimetro quadrato, la metà di un telefono cellulare. Con la differenza che il telefono si usa a contatto con la testa, cosa non prevista nel caso del forno.
L'invenzione di espressioni come elettrosmog e inquinamento elettromagnetico, prive di un significato preciso ma molto care ai verdi e dal suono terroristico per chi non possiede qualche nozione scientifica, ha fatto sì che intorno ai forni a microonde si diffondessero paure infondate e convinzioni erronee.
Secondo una delle più tenaci, le microonde renderebbero il cibo radioattivo, il che è per motivi fisici del tutto assurdo. Secondo un'altra superstizione pseudoscientifica, le microonde potrebbero generare molecole cancerogene nelle sostanze alimentari. Al contrario, poiché la temperatura nel forno a microonde si mantiene sotto ai cento gradi, le proprietà nutritive dei cibi rimangono intatte e non possono formarsi neppure quei composti, a volte davvero potenzialmente cancerogeni, che si accompagnano alle fritture e alla cottura sulla brace in seguito a processi di carbonizzazione e caramellificazione.
Il forno a microonde offre il vantaggio della rapidità. Il calore della fiamma a gas deve passare per conduzione prima alla pentola e poi al cibo, nel quale penetra lentamente strato dopo strato. Se facciamo bollire dell'acqua, oltre alla conduzione deve intervenire anche la convezione a rimescolare il liquido più caldo (che tende a salire) con quello più freddo (che tende a scendere). Con il forno a microonde il riscaldamento è immediato, dipendendo da un'azione meccanica. Inoltre questa azione si svolge fin dall'inizio anche dentro il cibo, in quanto esso è trasparente alle microonde. Un sistema perfetto per scongelare gli alimenti appena estratti dal freezer e per riscaldare piatti già cucinati.
I difetti del forno a microonde sono l'altra faccia dei suoi pregi. La bassa temperatura raggiunta può non essere sufficiente a eliminare completamente eventuali batteri che si siano sviluppati in cibi preconfezionati. Il rischio di infezioni alimentari è accentuato dal fatto che non sempre l'irradiazione è omogenea: certe parti del cibo potrebbero non riscaldarsi a sufficienza. I forni a piatto rotante prevengono questo inconveniente.
Sempre per la bassa temperatura raggiunta, con il forno a microonde è impossibile cuocere torte, arrosti e altri piatti caratterizzati dalla reazione di Maillard, quella che trasforma zuccheri e grassi in una sottile crosta profumata e appetitosa [...]. L'aspetto "bollito" dei cibi, che risultano pallidi e poco aromatici, non è particolarmente invitante. A ciò si rimedia con il grill, ma così si perdono alcuni dei vantaggi specifici del microonde. Impossibile è cuocere le uova: l'acqua che contengono, trasformandosi bruscamente in vapore, le fa esplodere. Le frittate invece vengono benissimo, meglio che in padella.
