Il forno a microonde è un elettrodomestico da cucina in cui la cottura del cibo è dovuta soprattutto all'effetto riscaldante ottenuto dall'interazione con la materia di campi elettromagnetici emessi nello spettro delle microonde.

Nonostante l'analogia suggerita dal nome, questo metodo di riscaldamento e cottura dei cibi è del tutto diverso rispetto a quello di un forno convenzionale: in un normale forno elettrico (o a gas), il calore si trasmette per irraggiamento e per conduzione, in una direzione che dagli strati più esterni va a quelli più interni; con l'irraggiamento a microonde, invece, può succedere che, nel caso di cibi il cui interno sia molto ricco di acqua o di lipidi, quest'ultimo si riscalderà in modo più veloce rispetto allo strato esterno più secco e asciutto, che, per questo motivo, assorbe meno radiazione a microonde.

Storia

La possibilità di cuocere i cibi con le microonde fu scoperta per caso negli Stati uniti da Percy Spencer, dipendente della Raytheon, mentre realizzava magnetron per apparati radar. Un giorno, mentre lavorava su un radar acceso, si accorse che una tavoletta di cioccolato che aveva in tasca si era sciolta.

Detentore di 120 brevetti, Spencer intuì immediatamente cosa era accaduto. Il primo cibo che provò intenzionalmente a cuocere fu il pop corn; in seguito provò con un uovo, che però esplose finendo in faccia a uno degli sperimentatori.

Nel 1946 la Raytheon brevettò il processo di cottura a microonde e nel 1947 realizzò il primo apparato destinato alla commercializzazione, chiamato Radarange. Era alto 1,8 m, pesava 340 kg, aveva un sistema di raffreddamento ad acqua e produceva una potenza in radioonde di 3 kW, che è da 2 a 4 volte la potenza dei forni domestici attuali. Il successo fu notevole e per espandere il mercato la Raytheon acquistò la Amana, produttrice di elettrodomestici dell'Iowa.

Negli anni sessanta la holding Litton Industries acquistò da Studebaker gli stabilimenti Franklin Manufacturing per la produzione di magnetron e forni a microonde simili al Radarange.

La Litton sviluppò quindi la configurazione ancora comune nei moderni forni domestici, anche se il nome fu noto soprattutto nell'ambito della ristorazione professionale. L'alimentazione del magnetron fu modificata in modo che questo potesse resistere indefinitamente a un funzionamento senza carico. Il nuovo prodotto fu esposto in una fiera commerciale a Chicago, evento che aprì la strada alla sua grande diffusione in tutte le cucine domestiche (soprattutto negli Stati Uniti).

In seguito, diverse altre aziende entrarono sul mercato: per diverso tempo si trattava di appaltatori del Dipartimento della Difesa, che avevano sviluppato esperienza con i magnetron.

Negli anni settanta la tecnologia si era evoluta a sufficienza e i prezzi iniziarono a scendere rapidamente. Le microonde, che prima erano relegate ad applicazioni industriali, si diffusero nelle cucine, favorite anche dal crollo dei prezzi dei microprocessori che, incorporati in tutti i forni a microonde, ne semplificavano l'utilizzo.

Si stima che circa il 95% delle famiglie statunitensi abbia un forno a microonde^{[in quali anni?]}.

In Italia il forno a microonde inizia a diffondersi piuttosto tardi, anche per via di vari pregiudizi contro questa tecnologia. I forni a microonde in Italia iniziano a essere pubblicizzati negli anni ottanta. Tuttavia, è agli inizi degli anni duemila che il forno a microonde ha conosciuto in Italia una diffusione di massa e ha iniziato a essere considerato un apparecchio che non serve solamente a scaldare o scongelare i cibi, ma può essere usato anche per la cottura.

Tale larga diffusione è stata molto agevolata dall'abbattimento dei costi per i modelli più semplici, dalle varie migliorie e funzioni aggiunte nel tempo ai modelli più evoluti, e dal diminuire dei pregiudizi su questa tecnologia (anche grazie a pubblicazioni e trasmissioni televisive).

Descrizione e funzionamento

Un comune forno a microonde consiste delle parti seguenti:

• un magnetron,
• un circuito elettronico di controllo e alimentazione del magnetron,
• una guida d'onda,
• una camera (o tecnicamente cavità) di cottura.
• una rete metallica (sullo sportello)

Il magnetron, alimentato in corrente continua ad alta tensione (2 000 V), genera un campo elettrico alternato nella frequenza delle microonde, normalmente 2,45 GHz (lunghezza d'onda di 12 cm) con una potenza solitamente compresa tra 100 W ed 1 kW, che la guida d'onda invia alla camera di cottura.

L'acqua, i grassi, e i carboidrati che costituiscono il cibo assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico: le molecole sono in generale dipoli elettrici, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa; sono per questo sensibili al campo elettrico (alternato), che, cambiando continuamente il suo verso, induce le molecole a modificare ripetutamente la loro orientazione in base alla frequenza del campo. Il trasferimento di energia è possibile quando la radiazione ha un'energia pari a quella dei moti di rotazione delle molecole. Le molecole eccitate trasferiscono il moto al resto della sostanza attraverso urti, ottenendone così il riscaldamento.^[1] Le microonde sono assorbite con più efficienza dalle molecole di acqua allo stato liquido, ma in misura minore anche da grassi, zuccheri e ghiaccio.

La camera di cottura è sostanzialmente una gabbia di Faraday che impedisce la fuoriuscita di microonde. Il portello del forno è di vetro per permettere la visione della pietanza all'interno, ma è provvisto di uno strato di rete metallica fine come schermo elettromagnetico. Poiché la larghezza delle maglie, dell'ordine dei millimetri, è di molto inferiore alla lunghezza d'onda delle microonde (quest'ultima di circa 12 cm per le frequenze di solito utilizzate), la radiazione non può attraversare la rete a differenza della luce, la cui lunghezza d'onda è molto più piccola delle maglie. Il meccanismo di chiusura del portello prevede appositi interruttori che spengono istantaneamente il magnetron in caso di apertura a forno acceso, evitando la fuoriuscita di microonde.

Il magnetron deve essere alimentato con un tensione in corrente continua di diverse migliaia di volt. Questa tensione viene prodotta a partire dalla tensione della rete elettrica per mezzo di un trasformatore seguito da un raddrizzatore e da un condensatore. Un relè o un triac accendono e spengono il sistema su comando del microprocessore che gestisce i tempi di funzionamento in base ai parametri impostati con i comandi presenti sul pannello anteriore.

Sebbene i forni prevedano la regolazione della potenza di cottura, il magnetron viene fatto funzionare sempre a pieno regime per mantenere al massimo l'efficienza. La modulazione della potenza viene ottenuta in modo diverso, regolando il rapporto tra il periodo di accensione e il periodo di spegnimento, secondo una tecnica chiamata modulazione di larghezza di impulso. Per ottenere, ad esempio, una potenza pari alla metà di quella massima si accende il magnetron per pochi secondi spegnendolo poi per un tempo identico e così via fino al termine del tempo prefissato di cottura.

Considerando costante l'energia irradiata dal magnetron, vi è un rapporto di proporzionalità diretta fra la massa da riscaldare e il tempo necessario; questo vuol dire che, a parità di energia usata, se si raddoppia la quantità di cibo inserita nel forno si impiegherà il doppio del tempo per ottenere il riscaldamento voluto, oppure che, a parità di energia e di tempo, il doppio del cibo si scalderà la metà.

Vantaggi e limiti in cucina

Il principale vantaggio del forno a microonde rispetto ai sistemi di cottura tradizionali risiede nella grande rapidità, dovuta all'efficiente trasferimento di energia. L'energia, infatti, viene inviata direttamente nell'interno del cibo, trasportata dalle microonde, e non è necessario riscaldare l'aria che normalmente scalda anche il contenitore del cibo e le pareti del forno, come avviene in un forno elettrico semplice o in uno a gas. È possibile scongelare cibi surgelati in breve tempo e cuocerli immediatamente, mentre il piatto di portata non si riscalda almeno fino a quando il cibo divenuto caldo lo scalda inevitabilmente per contatto.

Un altro vantaggio è quello di potervi usare contenitori di plastica usa e getta, purché realizzati con un materiale plastico idoneo, del tutto trasparente alle microonde (oltre che, naturalmente, adatto all'uso alimentare).

Uno svantaggio è invece quello di un riscaldamento non omogeneo ma concentrato in particolari zone che assorbono l'energia delle microonde. Tale problema viene in parte risolto facendo ruotare il piatto su cui si trova il cibo durante la cottura tramite una guida con motorino elettrico. Un buon accorgimento è quello di posizionare la pietanza non al centro del piatto rotante ma da un lato.

Un limite per i forni di prima generazione, che portava molti cuochi professionisti a considerare il forno a microonde di scarsa utilità, era quello di cuocere a temperatura relativamente bassa, non idonea per i tipici prodotti da forno come torte, arrosti ben dorati e altri cibi che richiedano la reazione di Maillard. Questo limite fu superato abbinando alle microonde un sistema a raggi infrarossi (grill) in grado di dorare la superficie dei cibi e conferire maggiore sapore. Forni di questo tipo sono detti combinati. Dalla penultima generazione in avanti, molti forni dispongono di un'ulteriore funzione, conosciuta come crisp (dal nome commerciale attribuito alla funzione da un noto produttore, ma con altri nomi la funzione è comunque presente in tutte le marche), la quale, in unione al grill e alle microonde, migliora nettamente la cottura di particolari piatti; parte dell'energia emessa viene assorbita infatti da una speciale teglia estraibile in alluminio antiaderente che contiene la pietanza, distribuendo così il calore in modo uniforme. La combinazione di questi tre modi di riscaldamento garantisce una cottura paragonabile a quella del forno tradizionale.

L'ultima generazione di forni abbina alle microonde e al grill anche la cottura tipica di un forno tradizionale ventilato o statico, che può essere abbinata o meno alle microonde. Questi apparecchi di fascia alta, particolarmente versatili, sono in grado quindi di sostituire completamente il forno tradizionale sia per quanto riguarda i risultati di cottura, sia per quanto riguarda i tipi di cibo che vi si possono inserire, mantenendo (in tutti i casi ove è possibile l'abbinamento) anche i vantaggi e i tempi ridotti tipici della cottura a microonde.

Alcuni cibi normalmente non possono essere cotti nel microonde, come le uova, che esplodono inevitabilmente se inserite intere. L'uovo esplode perché al suo interno la piccola quantità d'acqua contenuta evapora e il vapore, che occupa più spazio del liquido, causa un aumento della pressione interna e provoca quindi la rottura improvvisa del guscio; è per questo motivo che le pietanze "ermeticamente chiuse", come patate e mele, vanno bucherellate con uno stuzzicadenti prima di essere cucinate in un forno a microonde per permetterne la fuoriuscita del vapore durante la cottura.

Tuttavia la tecnologia ha rimediato al problema delle uova che esplodono, progettando particolari contenitori a doppia camera che, in pratica, realizzano una cottura a vapore: le microonde riscaldano l'acqua nella camera inferiore che sale in forma di vapore nella camera superiore contenente le uova. Le onde non possono raggiungere direttamente le uova perché la camera superiore è in metallo e comunica con quella inferiore solo attraverso piccoli fori. Sempre riguardo alla cottura a vapore, alcuni forni di fascia alta dispongono di una vaporiera che permette di cuocere cibi come pesce o verdure abbinando le microonde e il vapore; il forno stesso in base ad un sensore di umidità rileva quando l'acqua della vaporiera (grazie alle microonde) ha raggiunto l'ebollizione e da quel momento fa partire il timer della cottura a vapore vera e propria del cibo. Come per la normale cottura a microonde, questo tipo di cottura permette, in pochissimi minuti, di cuocere senza l'uso di grassi o condimenti e mantenendo gran parte del sapore e delle proprietà naturali dei cibi.

Il forno a microonde si presta ottimamente anche per il riscaldamento e la cottura di liquidi, per portare l'acqua all'ebollizione e per scongelare i cibi. Nei forni di migliore qualità un microprocessore permette di impostare il peso dell'alimento per determinare automaticamente il tempo di scongelamento.

Rendimento

In un forno a microonde non tutta l'energia elettrica assorbita è convertita in microonde. Un tipico apparecchio per uso domestico assorbe 1 100 W producendo 700 W di microonde. I rimanenti 400 W sono dissipati come calore dai componenti del forno, soprattutto dal magnetron, che è raffreddato da una ventola. Perdite più piccole sono dovute alla lampadina di illuminazione del forno, al trasformatore di alimentazione, alla ventola di raffreddamento, al motore del piano rotante, e per l'alimentazione dei vari circuiti di controllo. Quasi tutto questo calore viene espulso all'esterno come aria calda e non contribuisce alla cottura.

Di norma, l'energia a microonde generata dal magnetron viene tutta assorbita dai cibi in cottura. Se la camera di cottura è vuota o contiene troppo poco cibo, l'energia ritorna al magnetron che può surriscaldarsi o danneggiarsi e costituire un possibile principio di incendio. Per questo motivo si deve evitare di accendere il forno a vuoto.

Sicurezza

Cottura insufficiente

Nel microonde il cibo è riscaldato per un tempo breve e molto inferiore a quello necessario per riscaldare lo stesso cibo in un forno tradizionale e (nei vecchi forni) in modo non uniforme. Spesso non conviene riscaldare il cibo cotto in precedenza se non si è sicuri della sua conservazione dalla prima cottura in poi in quanto i batteri potrebbero non essere eliminati completamente e causare infezioni alimentari.^[2]

La cottura disomogenea è dovuta soprattutto alla distribuzione eterogenea delle microonde all'interno della camera di cottura, ma anche dalla differente capacità di assorbimento delle diverse parti del cibo.

Come già accennato, il primo problema viene affrontato con l'uso di piatti rotanti e riflettori che distribuiscono più uniformemente l'energia. Molti forni di nuova generazione possiedono, infatti, dei dispositivi che distribuiscono le microonde in modo più uniforme all'interno della camera di cottura. Il secondo problema deve essere gestito dal cuoco, che deve disporre il cibo in modo opportuno e verificare periodicamente lo stato e l'uniformità della cottura.

Pericoli immediati

I liquidi riscaldati al microonde in contenitori dalle pareti lisce possono raggiungere lo stato di sovraebollizione , ovvero una condizione in cui la temperatura è superiore al punto di ebollizione ma la sostanza rimane liquida e in quiete. Quando il liquido viene in qualche modo perturbato, per esempio muovendosi quando il contenitore viene preso per estrarlo dal forno, l'ebollizione può iniziare in modo improvviso ed esplosivo e può essere causa di gravi ustioni.

I contenitori chiusi, così come le uova, quando riscaldati nel microonde possono esplodere a causa della pressione del vapore che si produce all'interno.

Diversi materiali, se riscaldati troppo a lungo, possono carbonizzare e prendere fuoco. È consigliabile sorvegliare sempre il forno acceso, o impostare durate di cottura che non diano luogo a tali effetti.

Fogli di alluminio, stoviglie in ceramica decorate con metalli e oggetti contenenti metalli possono produrre scintille se esposti alle microonde, soprattutto in presenza di irregolarità della superficie (ad esempio, fogli di alluminio che presentano pieghe e accartocciamenti). Il metallo può fondere e contaminare il cibo e si possono generare vapori tossici dai materiali investiti dalla scarica. Altri involucri commerciali come ad esempio buste di carta accoppiata a fogli d'alluminio (generalmente usati per trattenere il calore dei cibi precotti nei negozi e supermercati alimentari) sono estremamente pericolosi a causa della apparente innocuità della carta che al contrario potrebbe prendere fuoco in conseguenza dell'effetto delle microonde sull'alluminio che tende a scintillare e quindi ad incendiare la parte esterna della busta stessa. Sotto l'effetto delle microonde, i compact disc si danneggiano formando sulla superficie una serie di motivi circolari, emettendo contestualmente fumi tossici.

Porre nel microonde oggetti in metallo solido, come per esempio un cucchiaio, è sicuro, purché sia presente cibo o acqua per assorbire le microonde riflesse dall'oggetto. Alcuni forni prevedono perfino, tra gli accessori, dei piani in metallo. Tuttavia, l'utilizzo di materiali in metallo solido è in genere sconsigliato a causa della difficoltà di discriminare i casi pericolosi da quelli sicuri.

Pericoli del fai-da-te

Più di ogni altro elettrodomestico, il forno a microonde presenta pericolose insidie al suo interno ed è assolutamente da evitare l'apertura e ogni tentativo di riparazione effettuato in proprio, lasciando tutto ai tecnici specificamente preparati.

Le fonti di pericolo sono principalmente due:

• La presenza di un grosso condensatore che potrebbe mantenere una carica elettrica ad alta tensione in quantità letale dopo giorni dallo spegnimento dell'apparecchio, se non è stato previsto un resistore di scarica ai suoi capi. Di norma, allo spegnimento questa energia si scarica sul magnetron in una frazione di secondo, ma ciò non è sempre certo, soprattutto nel caso di apparecchi guasti.
• L'emissione di microonde all'esterno dell'apparecchio, che può essere causa di ustioni e opacizzazione del cristallino con conseguente formazione di cataratta e cecità. Normalmente il portello del forno incorpora speciali interruttori di interblocco che spengono immediatamente il forno in caso di apertura. Per nessun motivo questi interruttori devono essere esclusi o manomessi e non si deve fare funzionare il forno in assenza dei pannelli di chiusura o se il portello di chiusura è rotto.

Compatibilità elettromagnetica

Con la sempre maggiore diffusione delle reti wireless, che operano nel campo delle microonde a frequenze vicine a quelle usate nei forni, crescono le preoccupazioni per le interferenze che possono essere causate da questi apparecchi.
Se da un lato è dimostrato che queste interferenza hanno scarsi effetti sulle comunicazione Wi-Fi (quelle utilizzate dai computer), è stato altresì dimostrato che un forno a microonde può effettivamente disturbare le trasmissioni di alcuni apparecchi.
Un esempio immediato sono i ripetitori di segnali televisivi che si utilizzano per trasmettere un segnale televisivo da una stanza all'altra.
Poiché questi apparecchi sono solitamente collocati in cucina (di solito per poter ricevere il segnale del decoder anche nella TV di cucina), può capitare di osservare un forte disturbo sull'immagine se nel raggio di qualche metro dal ricevitore si trova un forno a microonde acceso.

Anche i radioastronomi hanno sollevato preoccupazioni per i disturbi che le pur minime perdite dei forni a microonde possono indurre nelle sensibilissime antenne utilizzate per ricevere i segnali a microonde dal cosmo.

Controversie

Ogni forma di cottura distrugge alcune sostanze nutritive, ma le variabili fondamentali sono la quantità di acqua usata nel corso della cottura, la durata della cottura stessa, e la temperatura a cui essa avviene.^[3] I forni a microonde convertono la vitamina B₁₂ dalla forma attiva alla forma inattiva, rendendone circa il 30-40% utilizzabile dai mammiferi.^[4]

Gli spinaci mantengono quasi tutto il loro acido folico anche se cotti a microonde;^[3] al confronto, ne perdono quasi il 77% se cotti sui fornelli, perché il cibo sui fornelli in genere è bollito, cosa che porta alla dispersione dei nutrienti.^[3] Le verdure al vapore tendono a conservare più nutrienti se cotte al microonde rispetto alla cottura sui fornelli.^[5][6][7] La pancetta cotta al microonde ha livelli significativamente più bassi di nitrosammine cancerogene rispetto alla pancetta cotta con metodi tradizionali.^{[3][8][9][10][11][12]}

Emissione di radiazioni

Diverse persone sono preoccupate dall'esposizione alle microonde in prossimità di forni a microonde accesi.

Da molti anni tutti i modelli di forni a microonde in commercio hanno una schermatura metallica sia all'interno del forno, oltre che per l'apertura anteriore di vetro.

Negli Stati Uniti il limite di emissione di radiazioni è di 1 mW/cm² a 5 cm di distanza da un forno nuovo (per un forno usato il limite sale di cinque volte). Difficilmente un forno eccede questo limite. Come confronto, un telefono cellulare GSM può emettere 1 W a 1800 MHz, il che produce un campo di 2 mW/cm² a 5 cm di distanza.

Note

Voci correlate

• Forno
• Magnetron
• Microonde