Cómo calienta un microondas?

La pregunta parece trivial. Sin embargo me veo en la necesidad de abordar distintos temas antes de hacer una explicación decente de este fenómeno. Dividiremos el artículo en dos partes, una relativa a la temperatura y otra a las microondas.

Para contestar la pregunta de por qué un microondas calienta la comida primero deberíamos definir qué significa calentar. No en el sentido en que se calienta uno con las hermanas del personaje conocido como Agustín, asiduo lector de este blog, sino en un sentido más formal.

Parte 1)

La temperatura es una medida macroscópica de la energía cinética de las moléculas que componen a la sustancia en cuestión. What? Vamos de a poco, sabemos que la materia está compuesta por átomos de distintos elementos que a la vez se juntan de diversas formas para formar moléculas más complejas que todas juntas forman algo que es objeto de mi estudio. Este puede ser un sólido, un líquido o un gas. El plasma, que es el restante estado en el que podemos encontrar a la materia, no nos interesa.

Supongamos que tenemos un gas y lo metemos en un recipiente cerrado. El gas comenzará a moverse aleatoriamente hasta que por fin alcance lo que se llama equilibrio termodinámico. Esto es, si bien las partículas se siguen moviendo dentro del recipiente, ciertas variables macroscópicas, como la temperatura, el volumen y la presión, se mantienen constantes. Es como tener una caja negra que me deja ver sólo estos tres valores independientemente de lo que pase adentro. No puedo saber con exactitud cómo se está moviendo cada partícula por separado, pero puedo hacer un promedio de la energía cinética total (qué tan rápido se mueven todas como un conjunto). Este promedio es lo que usualmente conocemos como temperatura.

Resumido: tengo un gas, lo encierro en un recipiente. Como en física las cosas siempre buscan tener la menor energía posible, las partículas se mueven buscando esa situación que llamamos equilibrio termodinámico. Esto no significa que las partículas estén quietas, sino que ciertas propiedades macroscópicas (propiedades a gran escala, sin mirar qué pasa adentro) quedan estables. Una de esas propiedades macroscópicas es la temperatura y mide un promedio de la energía cinética o, más fácil, cuánta agitación tienen las partículas del gas.

En un sólido las moléculas se ubican de una forma más ordenada. Se encuentran fijas en lo que llamamos una red cristalina. Sin embargo desde su posición fija pueden vibrar cuando se calienta al material. Como no podemos mirar qué pasa a nivel microscópico con cada molécula dentro de la red, sólo nos queda ver, de nuevo, a nivel macroscópico cuánta agitación tienen esas moléculas y bueh… tenemos la temperatura de nuevo.

En un líquido la situación es análoga.

Ahora el tema sería ver de qué forma se logra agitar más a las moléculas de un cierto material. Puntualmente nos importa ver de qué forma un microondas agita las moléculas de comida.

Resulta que la comida tiene un porcentaje muy alto de agua. Y bueno, digamos que el tipo que inventó el microondas supo aprovechar esta situación. Cómo? A eso vamos.

Parte 2)

Un conjunto de tipos entre los siglos XVIII y XIX se pusieron las pilas e hicieron una serie de estudios que un inglés llamado Maxwell supo juntar en cuatro ecuaciones que explican todos los fenómenos electromagnéticos clásicos. Uno de los puntos más fuertes de todo este análisis dice que la electricidad genera magnetismo y viceversa. Entonces cuando tengo un campo eléctrico necesariamente tengo un campo magnético y no sólo eso, además, el conjunto de los dos, campo electromagnético, se propaga en forma de onda a la velocidad de la luz. Relea esta parte porque es importante.

Para ver un poco que es una onda imaginemos una pileta donde tiro una piedra. Se va a producir una ola, que no es más que una perturbación periódica que se propaga a través del agua. A la cantidad de veces que oscila el agua cada un segundo se lo llama frecuencia y se mide en Hertz. En el caso del campo electromagnético la perturbación que se propaga a través del espacio es justamente un campo eléctrico y un campo magnético que cambian periódicamente y por lo tanto también tienen asociada una frecuencia que dice cuántas veces cambian en un segundo. Podemos dividir a las ondas electromagnéticas de acuerdo a su frecuencia. Las microondas ocupan el rango entre 1GHz y 300GHz (G es giga) o sea, una microonda oscila entre mil millones de veces por segundo y 300 mil millones de veces por segundo.

Resumido: Una microonda es el conjunto de un campo eléctrico y un campo magnético que se propagan juntos a través del espacio en forma de onda, o sea con cierta periodicidad, y esa periodicidad se mide con su frecuencia que va entre 1GHz y 300GHz.

En un horno microondas, las ondas que se utilizan son de 2.5GHz más o menos.

Unos párrafos arriba se dijo que la comida tiene un alto porcentaje de agua. Como es de común saber, la fórmula molecular del agua es H₂O, que significa que está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Lo interesante es que estos tres átomos, cuando se unen, se disponen de forma tal que la molécula de agua termina siendo polar, es decir, sensible a la electricidad.

Ok. Ahora se cae de maduro. Tengo muchas moléculas de agua que son sensibles a la electricidad y las someto a un campo electromagnético de frecuencia 2.5GHz, o sea, hago vibrar a las moléculas de agua 2.500 millones de veces por segundo. Y habíamos dicho que la temperatura no era más que un promedio de la vibración de las moléculas que componen a la sustancia. Ahí está, a mayor vibración de las moléculas de agua mayor temperatura y todos contentos.

Igual son una cagada los microondas, prefiero un horno eléctrico.