Использование микроволновой энергии. Микроволны и другие ультракороткие радиоволны используются во многих, ставших привычными, системах: радиотелефон, радиоуправляемые игрушки, авиационные контрольные радары и дистанционное управление телевизоров.
Микроволны — это высокочастотные неионизирующие электромагнитные волны. В сущности, это очень короткие радиоволны, которые можно изолировать металлическими стенками духовки, чтобы сформировать миниатюрную систему распространения радиоволн.
Магнетрон посылает микроволновый сигнал (рис. 11.5.5), который преобразуется в тепло для нагревания пищи. Микроволновое энергетическое поле имеет направление попеременно то положительное, то отрицательное. Как магнит положительное поле притягивает отрицательные частицы молекул продукта, а отрицательное поле притягивает положительные частицы.
Рис. 11.5.5. Приготовление пищи в микроволновой печи
В отличие от обычных способов приготовления пищи, в микроволновой печи не происходит прямого теплового воздействия на продукт, в то время как при обычных способах приготовления пиши тепловая энергия поглощается продуктом; это длительный процесс. Во время приготовления пищи микроволны поглощаются продуктами. Они проникают на глубину от 20 до 40 мм. Микроволновая энергия заставляет вибрировать молекулы пищи со скоростью 2450000000 раз в секунду. Вибрация вызывает трение, в результате которого выделяется большое количество тепла, за счет которого и происходит приготовление пищи. Нагревание внутри большого объема продуктов происходит за счёт теплопроводимости. Жар, выделяемый при трении в наружных частях, проникает и внутрь продуктов. Вследствие этого блюда готовятся еще некоторое время, и после извлечения из печи, пока полностью не прекратится вибрация.
В быту также используются и другие электронагревательные приборы, в которых используются такие же нагревательные элементы, как и у выше описанных.
Коэффициент полезного действия нагревательных приборов
Выбор и использование наиболее экономичных электроприборов позволяет существенно экономить электроэнергию. Однако многие специалисты не без основания утверждают, что правильная эксплуатация бытовых электроприборов заключает в себе резервы экономии больше, чем это дает совершенствование конструктивного исполнения приборов.
Самыми энергоемкими потребителями электроэнергии являются электроплиты. Годовое потребление электроэнергии одной электроплиты составляет 1200—1400 кВтч. Поэтому рациональное пользование электроплитами является одним из основных источников экономии электроэнергии в доме.
Следует отметить, что появление электроплиты заставляет хозяйку расставаться с опытом приготовления пиши, который она накопила. Здесь трудно регулировать температуру, что-то слишком быстро кипит, что-то подгорает и при этом совершенно не ясно, как укрощать невидимый огонь.
То обстоятельство, что конфорка нагревается медленно, раздражает хозяек. Им приходится приноравливаться: включать конфорки заранее, до того, как поставить на них кастрюли. Некоторые хозяйки не учитывают, что конфорки й остывают медленно, а значит, выключать их надо заранее, еще до того, как блюдо будет готово. К этому следует привыкнуть. Технология приготовления пищи требует включения конфорки на полную мощность только на время, необходимое для закипания. Варка пищи может происходить при меньших мощностях. Так, после закипания приготовление супов, бульонов, варку овощей можно продолжать при мощности 100—200 Вт, каш — 100—160 Вт. Жаренье мяса, картофеля производят при мощности 500—1200 Вт (меньшее значение относится к конфоркам диаметром 145 мм, большее — 220 мм). Варка пищи на малых мощностях значительно сокращает расход электроэнергии, поэтому конфорки электроплит снабжают переключателями мощности.
Требование обеспечить минимальный расход электроэнергии обусловливает необходимость снижения мощности минимальной ступени регулирования. Снижения мощности на нижней ступени регулирования достигают повышением числа ступеней регулирования мощности конфорок с 3 до 6, т. е. применением 7-ступенчатых переключателей (рис. 11.5.3, а, б) с трехспиральными конфорками вместо 4- и 5-ступенчатых с двуспиральными. Экономия электроэнергии (в среднем 4—6%) достигается за счет снижения мощности нижней ступени до 10-15% номинальной (100—250 Вт), необходимой для поддержания-технологического процесса варки пищи после закипания.
Семиступенчатые переключатели устанавливаются на всех плитах отечественного производства типа «Гефест-2140», «Гефест-2142», «Гефест-2160», «Гефест-2162». Применение 7-ступенчатых переключателей снижает затраты энергии на 5—12%, а бесступенчатых — еще на 5—10%.
Принцип бесступенчатого регулирования мощности состоит в изменении относительной продолжительности цикла «включено на полную мощность — отключено». Основным элементом регулятора является биметаллическая пластина, связанная с механическим прерывателем. Пластина нагревается теплом, выделяемым нагревательным резистором мощностью 2—6 Вт, включенным параллельно нагревательному элементу конфорки или встроенному непосредственно в ее корпус. Изменяя положение ручки переключателя, можно регулировать относительную продолжительность периодов «включено—отключено», а следовательно, и среднюю мощность конфорки. Бесступенчатые регуляторы мощности позволяют плавно регулировать мощность в пределах от 4 до 100%.
Более совершенным методом регулирования мощности является автоматическое управление конфорками в зависимости от температуры дна наплитного сосуда. Среди известных конструкций таких регуляторов наиболее распространены два: с манометрическим датчиком температуры и с измерительным резистором. Регуляторы первого типа применяют для чугунных конфорок, второго — для трубчатых. Качество работы датчика температуры зависит от плотности контакта его с дном сосуда. С этой целью он устанавливается немного выше плоскости рабочей поверхности конфорки, в центре ее, и удерживается в этом положении пружиной. При установке на конфорку кастрюли пружина плотно прижимает датчик ко дну.
Несвоевременная смена неисправных конфорок приводит к перерасходу электроэнергии на 3-5%. Перегорание в конфорке одной или двух спиралей нарушает режим регулирования — минимальная ступень мощности увеличивается в 2-3 раза. При расслоении, растрескивании или вспучивании чугуна нарушается плотный контакт поверхности конфорки с дном наплитного сосуда.
Для снижения расхода электроэнергии на приготовление пищи на электроплитах надо применять специальную посуду с утолщенным обточенным дном диаметром, равным или несколько большим диаметра конфорки (рис. 11.5.6).
Рис. 11.5.6. Правила подбора посуды
Если диаметр посуды меньше диаметра конфорки, часть тепла выделяется в воздух. Использование посуды с диаметром дна, значительно большим диаметра конфорок, может вызвать неравномерность нагрева дна и пригорание пищи. Ниже указаны рекомендуемые диаметры стандартной эмалированной и алюминиевой посуды:
| Диаметр конфорки, мм | Диаметр посуды, мм |
|---|---|
| 145 | 160; 180 |
| 180 | 180; 200; 220 |
| 220 | 220; 240; 260 |
Экономия электроэнергии при использовании такой посуды составляет 10—20%.
В сплошных чугунных конфорках наилучшая теплопередача достигается при тесном контакте между их поверхностью и дном посуды. Такой контакт необходимо сохранять в процессе нагрева конфорки до рабочей температуры и в течение всего времени пользования. Из-за деформации дна, наличия на нем технологических выштамповок, контакт конфорки с посудой осуществляется только на части поверхности. Это удлиняет время нагрева пищи, увеличивает потребление электроэнергии и вследствие неравномерного теплосъема вызывает внутренние напряжения, в результате чего могут образоваться искривления и трещины в чугуне конфорки.
При использовании посуды с ровным дном электроплиты по времени приготовления пищи успешно конкурируют с газовыми. Например, 3 л воды на газовой конфорке закипают за 15—18 мин. На электрической конфорке диаметром 145 мм и мощностью 1000 Вт то же количество воды закипает за 23 мин, на конфорке диаметром 180 мм и мощностью 1500 Вт — за 17 мйн, а на конфорке ускоренного нагрева (экспресс-конфорке) диаметром 180 мм и мощностью 2000 Вт — за 13 мин.