TIỂU LUẬN phân tích sơ bộ về tính năng, cấu tạo và nguyên tắc gianhiệt của lò vi ba và bếp từ

Lò nướng thức ăn bằng năng lượng siêu cao tần viba, được sử dụng rộng rãi từ những năm 1970, là loại bếp sử dụng bức xạ viba đê nấu chin hoặc hâm nóng thức ăn một cách nhanh chóng, nó đư

Lời mở đầu

Đồ điện dùng cho nhà bếp là một loại khí cụ điện nhờ lợi dụng điện hoặc động lực

để nấu nướng, phục vụ cho nhu cầu ăn uống của con người Chúng có nhiều chủng loại với nhiều chức năng, mục đích nhằm giúp tạo ra bữa ăn trong thời gian ngắn, tiếp kiệm công sức, đảm bảo vệ sinh Với khoa học kĩ thuật ngày càng cải tiến, đời sống nâng cao, đồ điện ngày càng được sử dụng phổ biến với độ an toàn cao Có nhiều cách phân loại đồ điện, theo nguyên lí hoạt động thì ta có điện nhiệt, điện động hoặc loại kết hợp cả hai; theo phương pháp gia nhiệt bằng điện thì ta có điện trở, hồng ngoại, vi ba, cảm ứng điện từ và kiểu màng dẫn điện;… Lò vi ba và bếp

từ là hai đồ dùng điện được dùng khá phổ biến, có nguyên lý hoạt động bằng điện nhiệt, còn về phương pháp gia nhiệt thì lò vi ba dùng bức xạ vi ba còn bếp từ thì dùng dòng cảm ứng điện từ Chúng có hai tác nhân gia nhiệt khác nhau nhưng đều

là biến đổi năng lượng điện trường thành các tác nhân sinh nhiêt (bức xạ, dòng cảm ứng) và chúng giờ đây là hai trong những đồ điện trợ giúp rất nhiều cho các

bà nội trợ với nhiều tính năng ngày càng đa dạng và mức độ an tòan ngày càng cao Bài tiểu luận của chúng em sẽ phân tích sơ bộ về tính năng, cấu tạo và nguyên tắc gia nhiệt của lò vi ba và bếp từ để hiểu rõ hơn về chúng cũng như rút ra được nhược điểm khi sử dụng và ưu điểm là lí do khiến chúng được sử dụng rộng rãi đến thế



CHƯƠNG I: LÒ VI BA

1.1 GIỚI THIỆU VỀ LÒ VI BA:

Lò nướng viba ngày càng trở nên quen thuộc trong các gia đình, nó rất linh hoạt, là loại bếp tiếp kiệm thời gian nhờ sử dụng bức xạ vi ba đốt nóng thức ăn Lò nướng thức ăn bằng năng lượng siêu cao tần (viba), được sử dụng rộng rãi từ những năm

1970, là loại bếp sử dụng bức xạ viba đê nấu chin hoặc hâm nóng thức ăn một cách nhanh chóng, nó được coi là một phương tiện canh tân các kiểu bếp truyền thống Ông percy spencer được coi là cha đẻ của phương pháp nấu ăn bằng lò vi

ba, hiện tượng nấu chin bằng lò viba được khám phá ra trong khi ông xây dựng buồng từ cho hệ thống định vị vô tuyến (rađa) tại Raytheon Ông làm việc với thiết

bị rađa một cách tích cực và ngẫu nhiên phát hiện ra kẹo lạc trong túi mình bắt đầu bốc mùi Rađa đã làm cho kẹo lạc của ông bốc mùi bằng sóng viba Từ đó ông đã bắt tay vào nghiên cứu và tới năm 1945 ông được phát bằng sang chế nấu chin thức ăn bằng năng lượng viba Năm 1947, lò viba đầu tiên trên thế giới ra đời

1.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC GIA NHIỆT:

1.2.1 CẤU TẠO:

Lò vi ba đầu tiên trên trên thế giới dùng để đun nước

Gồm 4 bộ phận chính: nam châm điện(magnetron), mạch điều khiển nam châm điện(microcontroller), ống dẫn sóng (waveguide), buồng nấu(usable space)

Đối với sóng viba, thủy tinh hay sành sứ đựơc xem như là trong suốt nên sóng đi xuyên qua, còn các mặt phẳng kim loại thì giống như những tấm gương nên sóng

bị phản chiếu trở lại

1.2.2 NGUYÊN TẮC GIA NHIỆT:

1.2.2.1BỨC XẠ VI BA VÀ BỘ PHẬN PHÁT SÓNG MAGNETRON:

1.2.2.1.1.BỨC XẠ VI BA:

Phổ bức xạ điện từ (Electromagnetic(EM) Radiation Spectrum) là khái niệm chung cho tất cả các dạng khác nhau của năng lượng điện và các trường điện từ

Bộ phận phát sóng

chính của lò

viba(magnetron)

ống dẫn truyền sóng viba vào buồng hâm nóng thực phẩm

Bảng điều khiển

lò vi ba Tường (vách) kim loại có phản xạ sóng

viba

Cửa lò viba có lưới giúp nhìn thấy thức

ăn đang hâm và không cho sóng viba

đi qua

Tường lò viba có chất

cách ly chống lại sự

thoát nhiệt ra ngoài lò

viba

liên kết với chúng trải trong không gian như : Sóng viba, ánh sáng nhìn thấy được, các tia X, sóng vô tuyến và ánh sáng cực tím Sóng viba có bước sóng dài hơn các bức xạ tử ngoại và hồng ngoại nhưng ngắn hơn các băng tần phát thanh quảng cáo VHF và UHF Các sóng viba phát xạ ra được phản xạ lại và bị hấp thụ do các vật cản trên đường truyền sóng, mức độ phản xạ và hấp thụ phụ thuộc vào chất liệu tạo nên vật cản đó Các sóng viba truyền qua thủy tinh và chất dẻo bị bất cứ vật thể nào chứa nước hấp thụ

1.2.2.1.2 BỘ PHẬN PHÁT SÓNG MAGNETRON:

Magnetron là máy phát sóng cao tần( sóng vi ba) có công suất lớn, sóng vi ba được tạo ra từ một bộ dao động điện tử và được khuếch đại nhờ magnetron hoạt động như một đèn điện tử 3 cực Nó gồm một hình trụ rỗng bằng kim loại gồm một cực dương anode trong đó người ta đặt những lỗ hổng cộng hưởng để làm tăng tần số từ 50 Hz lên 2450 Hz Đối với mạch cộng hưởng trị số của cuộn co bin và tụ điện sẽ xác định tần số tạo ra Tần số càng lớn thì trị số các linh kiện càng nhỏ Để có tần số thật cao thì cuộn cobin phải giảm thiểu, để được như vậy ta nối song song nhiều cuộn cobin

Mạch cộng hưởng tần số cao là yếu tố căn bản của trụ rỗng Trụ rỗng có xếp những lỗ hổng cộng hưởng và chính giữa là âm cực (cathode) trong đó để 1 dây để đốt nóng Bên trong magnetron là chân không, giữa điện cực âm và điện cực

Lỗ hổng cộng hưởng

Dương cực

Âm cực

dương người ta dùng điện thế 2300 V để tạo từ trường Từ trường này làm di chuyển các slectron từ cực âm sang cực dương Để tạo ra và giữ cho các dao động

ở tần số thật cao các điện tử phải di chuyển theo dạng hécodale trước những lỗ hổng cộng hưởng; đường đi này có được nhờ một từ trường tạo bởi thanh nam châm mà đường sức thẳng góc với điện trường E Năng lượng tạo bởi magnetron được dẫn đến hệ thống lò Các sóng vi ba được thu nhận bởi một bộ góp sóng ở chính giữa lỗ hổng và được phát xạ bởi một anten trong bộ hướng sóng

1.2.2.2GIA NHIỆT BẰNG SÓNG VI BA VÀ DẪN TRUYỀN SÓNG TRONG

LÒ VI BA:

1.2.2.2.1 LÀM NÓNG NƯỚC TRONG THỨC ĂN:

Tất cả các loại thức ăn đều chứa một lượng độ ẩm ở mức độ nào đó không quan trọng chúng có vẻ khô ráo đến mức nào đều hấp thụ năng lượng sóng viba truyền qua Năng lượng viba kích thích các phân tử nước trong thức ăn rung động va chạm vào nhau và từ đó sinh ra nhiệt nấu chin thức ăn Quá trình đốt nóng đựơc chia làm 2 giai đoạn:

-Nước trong thức ăn được hâm nóng bằng các sóng cực ngắn(tần số khoảng >2450 Mhz )

-Nước nóng sẽ truyền nhiệt cho các phần các của thức ăn

Bộ hướng sóng

Bộ góp sóng

Ta biết rằng sóng kết hợp với một điện từ trường sẽ thay đổi chiều một cách định

kì Sóng điện từ có tần số 1 Hz sẽ tạo ra một điện từ trường thay đổi 1 lần trong một giây, các sóng cực ngắn 2450 MHz đổi chiều 2,45 tỉ lần mỗi giây

Các phân tử nước phân cực, hai nguyên tử H tạo cực dương trong khi các điện tử

nằm phía bên kia của oxygen nghĩa là oxygen mang điện âm

Sự mất thăng bằng này tạo một điện trừong nhỏ trong mỗi phân tử nước, điều này khiến cho phân tử nước rất nhạy cảm đối với tia điện từ , đặc biệt là tia sóng vi ba Tia vi ba trong lò có tần số lý tưởng là 2.45 GHz để cho năng lượng của chúng có thể hấp thu bởi phân tử nước Trong một điện từ trường mạnh, phân tử nước hướng theo chiều các đường sức Lò vi ba có các tấm bảng cũng mang điện tích sẽ hút hay đẩy các phân tử nước đặc biệt là chúng luân phiên thay đổi thường xuyên điện tích ( dương thành âm và ngược lại), chúng sẽ hút hoặc đẩy các phân tử nước

từ đó khiến các phân tử nước hoạt động rất nhanh nên chúng va chạm vào nhau

Và đối với trường trong lò vi bat hay đổi 2,45 lần trong 1 gâiy thì sự va chạm này trở nên khủng khiếp Sự cọ xát với các phân tử với nhau tạo ra nhiệt Từ đó nước trong thức ăn được đốt nóng nhanh chóng từ đó lan truyền cho các thành phần khác của thức ăn do đó mà toàn bộ thức ăn được đốt nóng Không khí chén đĩa bằng thủy tinh hay sành sứ đầu không bị ảnh hưởng bởi sóng nhưng kim loại thì tác đông lên sóng

1.2.2.2.2 DẪN TRUYỀN SÓNG TRONG LÒ VI BA:

Trong một lò cổ điển nguồn năng lượng bức xạ không những làm vật chất bị đốt nóng mà còn làm nóng luôn nguyên bộ lò và tất cả những gì trong lò như không khí, hộp đựng thức ăn và thực phẩm Bộ máy lò viba thì khác, sóng viba được

Hình ảnh minh họa sự di chuyển của sóng

viba trong lò viba

phản chiếu lại bởi các thành kim loại và đi xuyên qua các đồ vật đựng thức ăn

Các sóng viba tác động và làm nóng các phân tử chất béo, đường và nước ( thực

phẩm chứa từ 65 đến 70% là nước)

Sóng viba được tạo ra từ một bộ dao động điện từ và được khuếch đại nhờ

magnetron hoạt động như một đèn điện tử 3 cực Năng lượng sóng viba được máy

phát là magnetron được truyền theo ống dẫn sóng đến quạt phát tán được phát tán

khắp lò và được vách kim loại phản xạ Thức ăn được đốt nóng nhờ các phân tử

nước bên trong chuyển động khi bị kích thích bởi từ trường do sóng viba tạo ra

Buồng nướng viba được cấu tạo giống như một chiếc lồng farađây giúp cho sóng

viba không bị lọt ra ngoài và cửa lò bằng kính dễ dàng quan sát thức ăn, có lưới

dẫn điện( mắt lưới có kích thước nhỏ hơn bước sóng 12 cm) để sóng viba không

lọt ra ngoài

1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG LÒ VI BA:

1.3.1 ƯU DIỂM:

-Nấu chin thức ăn rất nhanh so với các phương pháp nấu ăn cổ truyền thông

thường

Quạt

phát

tán

Tường lò

viba có chất

cách ly

chống lại sự

thoát nhiệt ra

Tường (vách) kim loại có phản xạ sóng viba

Nam châm điện ống dẫn sóng

-Các phương pháp nấu ăn cổ truyền dùng năng lượng dùng năng lượng đốt nóng dầu, nước, không khí Các lò vi ba chỉ nấu chín thức ăn nên ta sẽ có lợi về mặt tiếp kiệm năng lượng

-Các thức ăn chứa đạm (protein) sẽ ko bị rám xém

-Hiệu suất của lò vi ba là 64%

-Thức ăn được nấu chin trong lò viba giữ nguyên dinh dưỡng, nhiều nghiên cứu cho thấy nấu chin thức ăn bằng lò viba giúp thức ăn còn giữ được nhiều vitamin, các nguyên tố vi lượng, chất bổ dưỡng hơn các phương pháp thông thường như luộc chin

1.3.2 NHƯỢC ĐIỂM:

-Tuy vậy lò nướng viba có thể nguy hiểm nếu sử dụng không đúng cách, hệ thống

an toàn bị hỏng

-các nguy hại chung nhất bao gồm thức ăn cấu tạo không đều, chỗ khô chỗ ướt, nên thức ăn sẽ được nấu chín không đều, vi trùng và các tổ chức siêu vi trùng có thể phát triển mạnh từ 5oC đến 60oC

–không nên đốt nóng các bình dùng để tiệt trùng, các chai đóng sữa nước, các chai sữa dùng cho trẻ em, các bát sứ ( vì trong men sứ có oxit sắt dễ làm quá tải lò nướng),…bằng lò viba

-Độ kín của lò vi ba mà không được bảo đảm thì năng lượng sóng biến ra sức nóng nên nếu bị mắc phải sẽ bị phỏng, có khi bỏng sâu, sốt cao, thương tồn nơi dịch hoàn, thương tổn nơi mắt,…

-Không thể để các đĩa kim loại, có thể tạo ra tia điện, tia lửa, là bước đầu của hỏa hoạn

-Khi hâm bằng lò vi ba nhiệt độ bên ngoài thức ăn nóng nhưng bên trong lõi của thức ăn không đủ nóng để giết vi khuẩn như vi khuẩn salmonella, campynobacter, listéria vì nơi nguội các mầm độc không bị diệt

-Thực phẩm dạng khô không thể được nấu chín trong lò vi ba, muốn nấu chín phải làm ẩm hoặc làm ướt thực phẩm

CHƯƠNG II: BẾP TỪ

2.1 GIỚI THIỆU VỀ BẾP TỪ:

Bếp là vật dụng khộng thể thiếu với bất kì gia đình nào Bếp từ giúp các bà nội trợ nấu nướng sạch sẽ, không khói, tránh gây cháy và nấu chín thức ăn nhanh hơn những loại bếp khác Bếp có độ bền cao do làm từ những vật liệu tốt Hệ thống

kiểm soát nhiệt độ khá chính xác, an toàn Có thể lau chùi mặt bếp ngay khi nấu Với bếp ga và bếp điện trở, nguyên lý hoạt động của chúng là biến điện năng hoặc đốt nhiên liệu để trực tiếp tạo ra nhiệt năng Chỉ khoảng nửa nhiệt năng sinh ra được đáy nồi hấp thụ, phần còn lại sẽ tải ra môi trường xung quanh Loại bếp này áp dụng hiện tượng cảm ứng điện từ do farađây khám phá năm 1830 nhưng đến 150 năm sau các chuyên viên nghiên cứu nhóm Thomsom mới có ý định dùng cách thức này

2.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC GIA NHIỆT:

2.2.1 CẤU TẠO:

Bếp cảm ứng điện từ được chế tạo dựa trên nguyên lý từ trường trong cuộn dây và dòng điện Foucault

Bên trong bếp điện từ Thành phần quan trọng nhất trong bếp điện từ là mạch công suất và cuộn cảm

Đối với các loại lò nung tần số công nghiệp (lò trung tần, lò cao tần…), vòng cảm ứng (cuộn cảm) thường dùng các loại ống đồng (có nước làm mát chạy bên trong)

do nhiệt độ phôi nung cao và rất cao (từ 800 độ C trở lên)

Còn trong bếp điện từ, do nhiệt độ và công suất thường nhỏ (so với lò công nghiệp), cuộn cảm thường dùng dây cáp đồng (được sơn hoặc tráng một lớp cách điện) quấn tròn trên một mặt phẳng như hình trên; và hệ thống làm mát chỉ cần dùng quạt cỡ nhỏ (thường là loại 8 ~ 12 cm) Bên trên là một tấm vật liệu cách diện, cách nhiệt (thường là sứ thuỷ tinh vì ngoài khả năng cách nhiệt, cách điện nó còn có tính thẩm mỹ)

2.2.2 NGUYÊN TẮC GIA NHIỆT:

2.2.2.1 HIỆN TƯỢNG NUNG NÓNG CẢM ỨNG:

Nung nóng cảm ứng là hiện tượng nhiệt sinh ra trong vật liệu kim loại (chủ yếu là các hợp kim sắt từ) khi có một trường diện từ biến thiên đi qua Khi đó trong vật

Cuộn cảm

Quạt làm mát

liệu sẽ xuất hiện một dòng diện cảm ứng (dòng foucauld) tương tác với trở kháng của kim loại để sinh nhiệt (theo định luật Joule-Lens)

Khi có dòng điện biến thiên đi qua cuộn dây, xung quanh cuộn dây sẽ tạo nên một trường điện từ biến đổi Khi đó, trên bề mặt thỏi kim loại bên trong xuất hiện một dòng điện cảm ứng –> làm thỏi kim loại nóng dần lên

2.2.2.2 GIA NHIỆT BẰNG NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG:

Từ trường được tạo ra khi có dòng điện đi qua, nó chỉ sinh nhiệt khi nồi được đặt trên bếp, với điều kiện là nồi làm bằng vật liệu kim loại đặc và có thể nhiễm từ Khi ta đặt nồi bằng kim loại mà thành phần có chứa phân tử sắt (chất nhiễm từ) trong vùng từ trường, dòng Foucault tự động tạo ra Đáy nồi bằng kim loại nằm trong từ trường này sẽ nóng lên, nấu chín thức ăn Ưu điểm của bếp từ là tốc độ đun nấu nhanh, do giảm được nhiệt dung (không còn nhiệt dung của bếp, chỉ có nhiệt dung của nồi) Việc điều chỉnh nhiệt độ và các chế độ nấu nướng cũng được thực hiện chính xác và dễ dàng hơn

Trung

tải

Dây thứ

cấp Biến thiên từ

thông Biều diễn cơ bản về hiện tưọng cảm

ứng nhiệt

Cuộn

dây Dòng cảm ứng

Sơ đồ nguyên lý bếp điện từ Khi trong cuộn dây (1) có dòng điện biến thiên (dòng điện tần số cao) chạy qua,

nó tạo nên một trường điện từ (có các đường sức từ màu vàng cam) tương tác với nồi kim loại (2) làm cho nồi nóng lên, nhiệt lượng đó được truyền từ nồi vào các

đồ nấu (3) bên trong Và vùng (4) bên ngoài nồi thì không bị ảnh hưởng (nếu nhấc nồi ra khỏi bếp hoặc tắt bếp, quá trình nung nóng cũng kết thúc ngay lập tức)

2.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG BẾP TỪ:

2.3.1 ƯU ĐIỂM:

- Điều chỉnh nhiệt độ nhanh: không như các phương pháp khác thường tồn tại quán tính nhiệt khi điều chỉnh nhiệt độ, đối với bếp điện từ, nhiệt độ thay đổi nhanh và chính xác ngay khi điều chỉnh Điều đó thật sự hữu ích khi cần chuyển chế độ nấu từ nhiệt độ cao  xuống  thấp hoặc ngược lại Muốn điều chỉnh nhiệt độ đun nấu ta chỉ cần điều chỉnh tăng giảm điện trở của cuộn cảm…

-Hiệu suất sử dụng nhiệt cao: do dòng nhiệt chỉ tập trung vào nồi nấu bằng hợp kim sắt từ nên gần như không có thất thoát ra bên ngoài (theo như các khảo sát đối với bếp từ, hiệu suất nhiệt ~ 90%)

-Tính an toàn cao: cũng do đặc tính của trường điện từ chỉ tác dụng lên các vật liệu

từ tính (hoặc hợp kim sắt từ) nên sẽ rất an toàn khi ở trong vùng làm việc của bếp,

và không gây cháy (do không tương tác với bất kỳ các loại vật liệu nào khác như giấy, gỗ, thủy tinh …) Trong thực tế, các tai nạn xảy ra khi sử dụng bếp từ chỉ là

do người dùng hoặc các vật liệu dễ cháy tiếp xúc với các bề mặt nhiệt độ cao của nồi nấu hoặc với nhiệt truyền từ nồi nấu ra ngoài

-Lắp đặt dễ dàng và thuận tiện: do hình dạng nhỏ gọn, độ dày thấp (thường không quá 5cm), bếp từ rất dễ đặt nổi hoặc chìm trên mặt bàn Điều đó thực sự tốt khi tạo cho một không gian bếp gọn, đẹp, thông thoáng

-Tính khả dụng cao: không giống như bếp gas cần một hệ thống đường ống cấp gas vướng víu, chỉ cần nơi nào có điện, nơi đó có thể sử dụng được bếp từ

-Khả năng vệ sinh dễ dàng: do đặc điểm của mình, bề mặt bếp từ thường được chế tạo từ các loại kính hoặc sứ chịu nhiệt có bề mặt nhẵn bóng Do đó, việc vệ sinh bếp sau khi đun nấu rất đơn giản, dễ dàng

2.3.2 NHƯỢC ĐIỂM:

-Nhược điểm lớn nhất và dễ thấy nhất của bếp từ chính là … nồi nấu Dọ trường điện từ không tương tác với các vật liệu không nhiễm từ (gốm, sứ, thủy tinh, inox 3xx …) nên bếp điện từ chỉ sử dụng được với các loại nồi nấu bằng hợp kim sắt từ (thép thường, inox 2xx, inox4xx ) Bù lại, do giá các loại vật liệu này không quá đắt nên giá thành các nồi nấu sử dụng cho bếp từ rẻ hơn đáng kể

-Phụ thuộc nguồn điện, nếu không có nguồn điện thì bếp từ hoàn toàn không sử dụng được

-Ảnh hưởng của từ trường đến sức khỏe: điều này chưa thật sự rõ ràng, nhưng phụ

nữ đang mang thai thường được khuyên hạn chế sử dụng bếp từ để tránh những ảnh hưởng không đáng có đến thai nhi