تعتبر أفران الميكروويف عنصرا أساسيا في المطبخ، ولكن هذا لم يكن الحال دائما، فقام بيرسي سبنسر بتطوير اختراع الميكروويف الأول، وحصل على براءة اختراعه بعد أن لاحظ أن المغنطرون كان ينبعث من موجات ميكروويف مولدة للحرارة أثناء تجربة مع الرادار في عام 1945، وكانت النماذج الأولى ضخمة يبلغ ارتفاعها حوالي 6 أقدام وتزن أكثر من 750 رطل، وبعد الحرب العالمية الثانية، أصبحت الأفران أصغر وأكثر ملاءمة للمنازل، فما هو تاريخ اختراع الميكروويف أحد أكثر الأجهزة المنزلية استخداما على نطاق واسع في العالم.
تاريخ اختراع الميكروويف
في عام 1920، اخترع عالم فيزياء شاب يدعى ألبرت هال، والذي كان يعمل في مختبر أبحاث جنرال إلكتريك في شينيكتادي، نيويورك، أنبوب المغنطرون وهو أنود أسطواني متحد المحور وكاثود مع مجال مغناطيسي محوري ينتج عن طريق ملف خارجي، ولقد كان مغناطيسا يتحكم في التيار الكهربائي داخل أنبوب الإلكترون المفرغ، أو الأنبوب المفرغ.
اعتقد هال أن المغنطرون سيكون ناجحا كمحول كهربائي، ولكن بعد 20 عاما سيكون مفيدا للغاية في مجال الاتصالات، وخلال الحرب العالمية الثانية، كان البريطانيون يتطلعون إلى ابتكار تقنية رادار عالية التردد للمجهود الحربي، ويحدد الرادار الأجسام البعيدة عن طريق ارتداد موجات الراديو عنها ثم تحليل الانعكاسات، وكان تحديد موقع العدو من بعيد أمرا بالغ الأهمية للمجهود الحربي.
خطط المهندسون لبناء نظام رادار جديد يعتمد على الموجات الكهرومغناطيسية في منطقة الموجات الدقيقة من الطيف الراديوي، ويتطلب مثل هذا النظام هوائيات أصغر ويكشف أجساما أصغر من الرادارات ذات التردد المنخفض والأطوال الموجية الأطول.
تتوافق الموجات الدقيقة مع منطقة في طيف EM محددة من خلال وجود أطوال موجية تتراوح بين حوالي 1 متر و1 ملليمتر، وهو ما يتوافق مع الترددات بين 300 ميجا هرتز (ميجا = 106 هرتز = 106 ثانية-1) و 300 جيجا هرتز (جيجا = 109 هرتز)، واليوم، غالبا ما تستخدم الموجات الدقيقة لنقل البيانات من الأقمار الصناعية في الفضاء إلى أطباق الراديو على الأرض، ولكن في ذلك الوقت كان بناء مصدر عالي الطاقة لإشعاع الموجات الدقيقة يمثل تحديا.
في عام 1940، وجد جون تورتون راندال وهاري بوت، وهما فيزيائيان شابان يعملان في إنجلترا بجامعة برمنغهام، طريقة لتعديل أنبوب المغنطرون الأصلي الخاص بهال لجعله ينتج أفران ميكروويف ذات طاقة عالية بما يكفي، وكان التصميم المحسن يسمى أنبوب المغنطرون المجوف، وبعد وقت قصير من تشغيله التجريبي الأول، أصبح هذا التصميم قلب أنظمة الرادار المتقدمة للحلفاء والتي كانت ضرورية للغاية، وربما حاسمة لتحقيق انتصار الحلفاء الشامل في الحرب العالمية الثانية.
من هو مخترع الميكروويف
اخترع الميكروويف العبقرى بيرسي سبنسر، وكان يعمل في شركة تدعى رايثيون وهى شركة لتصنيع أجهزة الرادار، وجاء اختراع الميكروويف صدفة فى عام 1945، عندما كان سبنسر يمر بجانب أجهزة الرادار وقام بوضع يديه فى جيبه ولا حظ أن الشوكولاتة التى كانت فى جيبه ذابت على الرغم من أنه كان فى غرفة باردة، وبدأ سبنسر في التفكير ما الذي جعل الشوكولاته تذوب، ومع القليل من التجارب اخترع سبنسر الميكروويف، حيث قام سبنسر بوضع غلاية شاى بجوار أجهزة الرادار وفوجئ بأن الشاي يغلي.
وضع أيضا بيضة فى وعاء بجانب هذه الأجهزة فانفجرت البيضة فى وجه المهندس الذى كان واقف بجانبه، وهنا جاءت الفكرة لسبنسر لتصنيع أول ميكروويف يعمل بموجات الرادار، حيث تستطيع هذه الموجات تسخين وطهى الطعام، وقد أنشأ أول فرن ميكروويف، وكان أول طعام يطبخ فيه هو الفشار، وتستخدم أفران الميكروويف، موجات الرادار على تردد ما يقرب من 2500 ميجاهيرتز لتسخين الطعام، ويمتص الميكروويف الماء من الدهون، والسكريات ويحولها على الفور إلى حرارة.
بذلك يستطيع الميكروويف طهي الطعام بسرعة، والبلاستيك والزجاج والسيراميك، مثاليين لتسخين الطعام بهم فى الميكروويف، وأفران الميكروويف تستخدم طاقة أقل من أجهزة الطهي الأخرى، وقدمت شركة رايثيون براءة اختراع لجهاز الميكروويف الذى اخترعه سبنسر في 8 أكتوبر 1945، وفي عام 1947، أنتجت رايثيون أول فرن ميكروويف تجاري، وأطلقت عليه اسم رادار انج، وكان طوله حوالي ستة أقدام، ووزنه حوالي 750 رطل، كما أنه كان مكلف جدا، حيث كان سعره 5000$، وهو ما يعادل أكثر من 52،000$ اليوم، ولكن استخدمت أبحاث سبنسر فى تكنولوجيا الميكروويف كنقطة انطلاق لمزيد من أجهزة الميكروويف.
بعد وقت قصير من الاكتشاف العرضي، ذهب المهندسون في شركة رايثيون للعمل على فكرة سبنسر الجديدة، وقاموا بتطويرها وتحسينها لتكون ذات فائدة عملية، وبعد مرور عام، ظهر أول منتج تجاري في الأسواق، وبعد بضعة عقود من الاضطرابات والأساطير المتعلقة باستخدام الميكروويف، بدأ الطلب العام يتضخم مع القبول حتى تجاوزت مبيعات أفران الميكروويف في نهاية المطاف مبيعات نطاقات الغاز في عام 1975.
علاوة على ذلك، في عام 1976، أصبح الميكروويف جهازا منزليا أكثر شيوعا من غسالة الأطباق حيث وجد موطنه في ما يقرب من اثنين وخمسين مليون أسرة أمريكية، أو 60% من المنازل الأمريكية في ذلك الوقت، وتم تقديم فرن الميكروويف أمانا رادار انتج في عام 1967، ومن شأنه أن يغير إلى الأبد الطريقة التي تقوم بها العائلات الأمريكية بإعداد وجبات الطعام، وعلى الرغم من أن أفران الميكروويف اليوم قد تطورت منذ التصاميم الأولى، إلا أنها في جوهرها لا تزال تستخدم نفس أنبوب المغنطرون المجوف الذي تم تسخيره بفعالية كبيرة لرادارات الحرب العالمية الثانية.
اختراع الميكروويف
قد تطور الميكروويف إلى واحدة من الأجهزة المنزلية الأكثر شعبية في العالم، ولكن قلة من الناس يعرفون أنه اخترع تماما عن طريق الصدفة، واليوم، الملايين من المطابخ تحتوي على فرن الميكروويف، وسوف تجده أيضا في كل المطاعم، والمتاجر الصغيرة، وكان يستخدم لتسخين الماء للقهوة، أو إعادة تسخين بقايا الطعام، أو عمل الفشار كوجبة خفيفة في وقت متأخر من الليل، وفرن الميكروويف يستطيع تسخين هذه الأشياء أسرع من أي جهاز آخر، وهذا هو السبب في أن أجهزة الميكروويف شعبية جدا، وكانت أفران الميكروويف في وقت مبكر كبيرة مثل الثلاجة، وتستغرق 20 دقيقة في الإحماء قبل أن تتمكن من طهي أي شيء، لكنها كانت أقوى بعشر مرات من أي شيء يمكنك شراءه اليوم.
كان الميكروويف يطبخ البطاطس في ثلاثين ثانية، وقال سبنسر أن فشل رادار انج في الانتشار بسرعة بسبب سعره الحاد، وخوف الجمهور من التكنولوجيا الجديدة، وفي نهاية المطاف، تقلصت هذه الأجهزة الكبيرة إلى أجهزة ذو حجم أصغر إلى حد ما يمكن التحكم فيه، ووفقا لجامعة جنوب كاليفورنيا، تجاوزت مبيعات فرن الميكروويف بحلول عام 1975 جميع أنحاء العالم، ولكن فى بعض البلدان الأقل تقدما مثل الهند، لا يمتلك الميكروويف سوى 5% من السكان، وفي عام 1999، تم تكريم بيرسي سبنسر لاختراعه لفرن الميكروويف، وتم إدخاله في قاعة المشاهير الوطنيين، وأصبح مثل المخترعين المشهورين الآخرين مثل توماس إديسون والأخوان رايت.
كيف يعمل فرن الميكروويف؟
داخل المغنطرون، تفرض المغناطيسات الكبيرة مجالا يتسبب في دوران السحابة المتدفقة نحو الخارج (يسارا)، وأثناء قيامها بذلك، فإنها تشكل قضبانا تمرر كل تجويف بين الصفائح (على اليمين)، ويوفر السلك المار شحنة سالبة للتجويف، والذي يسقط بعد ذلك حتى وصول المتحدث التالي، ويخلق الارتفاع والانخفاض مجالا كهرومغناطيسيًا في التجاويف يتأرجح بسرعة 2.45 جيجاهيرتز.
يعد فرن الميكروويف إنجازا رائعا للفيزياء والهندسة، وفي جوهره، يستغل الفرن قطبية جزيئات الماء التي تميل إلى تدوير نفسها لتتوافق مع أطرافها الإيجابية في اتجاه المجال الكهربائي، ومع كل دورة، تتحول طاقة الوضع الكهروستاتيكية لجزيء الماء إلى طاقة حرارية.
يمكن تشبيه ذلك بغرفة مزدحمة للغاية، حيث يطلب من الجميع أن يستديروا ويواجهون المسرح، ومن خلال القيام بذلك، يحتك الناس ببعضهم البعض أثناء دورانهم ويؤدي الاحتكاك إلى تحويل بعض طاقتهم إلى طاقة حرارية، ويعكس المغنطرون مجاله الكهربائي بسرعة كبيرة، لذا فإن جزيئات الماء تتقلب ذهابا وإيابا بمعدل مليارات المرات في الثانية.
يتم إرسال الجهد العالي المغنطرون إلى خيوط الكاثود، وبعد أن يسخن، تنبعث منه إلكترونات تجتذبها صفائح الأنود المشحونة إيجابيا، ويتردد صدى الهوائي المتصل عند 2.45 جيجاهيرتز ويصدر موجات ميكروويف من طرفه تماما مثل هوائي الإرسال الراديوي.
هذه الحرارة هي التي تطبخ الطعام في الفرن، ونظرا لأن جميع الجزيئات الموجودة في الطعام تهتز وتولد الحرارة في نفس الوقت، فإن الطعام المطبوخ في الميكرويف يطهى بسرعة أكبر بكثير من الطعام المطبوخ في الفرن التقليدي حيث يجب أن تنتقل الحرارة ببطء من السطح الخارجي للطعام إلى الداخل.
نفس موجات الراديو التي تطبخ طعامك تمر عبر البلاستيك والزجاج والسيراميك دون ضرر، وهذه هي الخاصية التي تمنع الألواح البلاستيكية من الذوبان والأكواب من الانفجار، وهذه الميزة أيضا التي تتميز بها أجهزة الميكروويف هي التي تجعلها موفرة للطاقة، ويقومون بتسخين الطعام فقط وليس أكثر.
معلومات سريعة عن اختراع الميكروويف
- فرن الميكروويف هو سليل مباشر للرادار.
- كان أول فرن ميكروويف متوفر تجاريا يبلغ ارتفاعها 1.8 مترا ووزنه 340 كجم، وكان يستخدم ثلاثة أضعاف الطاقة التي تستخدمها أفران الميكروويف اليوم، وكان يتم تبريده بالماء.
- تنعكس الموجات الدقيقة بواسطة المعدن.
- تم اكتشاف التأثير الحراري لإشعاع الميكروويف بالصدفة في عام 1945.
- أول طعام تم طهيه عمدا بالميكروويف هو الفشار.
- كان أول استخدام عام لفرن الميكروويف في يناير 1947، وتم وضع آلة بيع سبيدي ويني في محطة جراند سنترال ترمينال وكانت تبيع النقانق الطازجة.
- تم تطوير الشكل القصير والعريض لفرن الميكروويف، الشائع الآن، بواسطة شركة ليتون في الستينيات.
- يقول مكتب الولايات المتحدة لإحصاءات العمل أن أكثر من 90٪ من الأسر الأمريكية تمتلك فرن ميكروويف في عام 1997.
- تستخدم الأفران الاستهلاكية عادة أفران ميكروويف تبلغ سرعتها 2.45 جيجا هرتز بينما تستخدم الأفران الصناعية أو التجارية الكبيرة في كثير من الأحيان أفران ميكروويف تبلغ سرعتها 915 ميجا هرتز.
- يعد التسخين بالميكروويف هو الأكثر كفاءة على الماء بسبب جزيئاته ثنائية القطب وأقل كفاءة على الدهون والسكريات.
- الفكرة الشائعة بأن أفران الميكروويف تقوم بطهي الطعام من الداخل إلى الخارج هي فكرة خاطئة.
- يقوم فرن المايكروويف بتحويل جزء فقط من مدخلاته الكهربائية إلى طاقة ميكروويف حوالي 64%.
- نادرا ما تكون الأطعمة وأدوات الطهي التي يتم إخراجها من فرن الميكروويف أكثر سخونة من 100 درجة مئوية.
- عند استخدامه لإعادة تسخين بقايا الطعام، قد لا يتم قمع التلوث البكتيري إذا لم يتم الوصول إلى درجة الحرارة الآمنة، مما يؤدي إلى الإصابة بالأمراض المنقولة بالغذاء.
- أظهرت العديد من الدراسات أنه إذا تم استخدامها بالشكل المقصود، فإنها لا تؤثر على المحتوى الغذائي للأطعمة بشكل مختلف عن التسخين التقليدي.
- عند طهيها في فرن الميكروويف، تحتفظ السبانخ بكل حمض الفوليك تقريبا، وتفقد حوالي 77% عند طهيها على الموقد التقليدي.
- إذا تم تسخين السوائل المتجانسة في فرن الميكروويف في حاوية ذات سطح أملس، فإنها يمكن أن تسخن بشدة مما يعني أنها يمكن أن تصل إلى درجات حرارة أعلى من نقطة الغليان العادية ولكن دون تكوين فقاعات من البخار داخل السائل، وعند الانزعاج يمكن أن تنفجر حرفيا وتؤذي الشخص الذي يتعامل معها.
- عند تسخينها في فرن الميكروويف، يمكن أن تنفجر الحاويات المغلقة مثل البيض بسبب الضغط المتزايد الناتج عن البخار الذي يتراكم بداخله.
- أي جسم معدني أو موصل يوضع في فرن الميكروويف يعمل كهوائي ويولد تيارا كهربائيا، وإذا كان لديه نقاط فإنه سيتم إنشاء قوس كهربائي.
- يعمل فرن المايكروويف على مبدأ التسخين العازل.
- مخترع فرن الميكروويف هو بيرسي سبنسر. لاحظ، أثناء عمله على جهاز الرادار النشط، أن قطعة الشوكولاتة التي كان لديه في جيبه بدأت تذوب.
- قبل أن تصبح معروفة بأفران الميكروويف كانت تسمى بالأفران الإلكترونية.
- حجرة الطهي (صندوق معدني يوضع فيه الطعام ويتعرض لأشعة الميكروويف) تشبه قفص فاراداي وتمنع خروج الموجات من الفرن.
