Buon giorno. Mi chiamo Werner Zanardi e sono uno studente della facoltà di Agraria dell’Università di Padova. Non ho ben chiaro il motivo per cui si utilizzano le microonde per riscaldare l’acqua di costituzione anziché utilizzare un’altra tipologia di onde come ad esempio gli I.R. o le onde del Visibile. Parto da questa considerazione (sperando di non sbagliare già in partenza): più diminuisce la lunghezza d’onda, più aumenta la frequenza e quindi dovrebbe essere maggiore l’energia trasportata dall’onda. Allora una radiazione proveniente dagli I.R. avrebbe la possibilità di riscaldare prima l’acqua contenuta in un alimento. Un ultima cosa; che relazione c’è tra potenza e la frequenza di una onda. Se un forno a m.o. eroga 750 Watt, come riesco a trovare la frequenza delle onde emesse. Vi ringrazio in anticipo per la disponibilità. Saluti Werner Zanardi

E’ indubbiamente vero che le onde (tra cui quelle elettromagnetiche )
possiedono tanta più energia quanto più alta è la loro frequenza, per
cui la radiazione infrarossa è notevolmente più “energetica” delle
microonde: ciò è espresso dalla relazione di Planck, che dice che E=hf,
dove f è la frequenza della radiazione, ed h è la costante di Planck.
Per considerare l’effetto sulla materia, tuttavia, occorre considerare
tuttavia la capacità di una onda di interagire con il bersaglio:
fisicamente ciò viene espresso mediante la SEZIONE D’ URTO, che esprime
in pratica la frazione di energia assorbita o diffusa dal bersaglio.
In fisica classica la sezione d’urto per processi di questo tipo(
radiazione EM incidente su un corpo praticamente puntiforme) fu
ricavata da lord Rayleigh, e dipende dalla lunghezza d’onda,
precisamente diminuisce con la quarta potenza di questa. Dunque
sembrerebbe ancora che l’infrarosso sia più conveniente delle microonde
per costruire un forno. Come mai non è così?
La risposta in realtà occorre cercarla nella meccanica quantistica,
perchè da proprietà quantistiche delle molecole originano delle BANDE
DI ASSORBIMENTO a frequenze insospettabili.
Dai princ“pi della meccanica quantistica si può vedere che esistono
degli stati particolari della molecola che corrispondono a livelli di
energia ben determinati e discreti, queste energie corrispondono a
movimenti di ROTAZIONE della molecola nello spazio, di VIBRAZIONE degli
atomi della molecola attorno alle loro posizioni di equilibrio, e
infine possono esserci transizioni di elettroni tra i vari livelli di
ogni singolo atomo (notare che, contrariamente a quanto ci si possa
aspettare intuitivamente, questi stati non possono variare con
continuità, cioè questi stati sono QUANTIZZATI, un po’ come se le
velocità di rotazione di una trottola possa assumere solo certi valori
di velocità!). Da quanto detto si può intuire che se io riuscissi a
fornire ad una molecola l’energia esatta per transire da un livello di
energia ad un altro, questa “salterebbe” di stato assorbendo l’energia
fornita. In corrispondenza di queste energie (e quindi frequenze) si
osserva allora un brusco aumento della sezione d’urto, e la radiazione
viene assorbita con molta efficacia (le bande cui si è accennato). La
molecola di acqua chiaramente possiede numerose bande corrispondenti a
differenti salti quantici, e una di queste è appunto quella sfruttata
per il riscaldamento della molecola d’acqua nei forni a microonde, in
particolare, si sfrutta una transizione ROTAZIONALE, che aumentando
l’energia cinetica della molecola, ne aumenta la temperatura.
Maggiori dettagli sul funzionamento del forno a microonde e
sull’interazione radiazione-materia si può trovare su :

http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl ,

alla voce Microwave ovens nel frame di sinistra (a livello didattico, in inglese).