回転しない電子レンジでも食品を均一に加熱できますか?

家庭のキッチンにある便利な機器である電子レンジは、長い間、回転するターンテーブルのイメージと切り離せないものでした。スタートボタンを押すと、柔らかい黄色の光とともに食べ物がガラスのターンテーブル上でゆっくりと回転し、おなじみの「ディン」という音が聞こえて、温かい料理がテーブルに提供される様子を想像してみてください。

「回転」できる電子レンジ

しかし、時が経つにつれて、電子レンジのデザインは進化し​​てきました。現代の電子レンジは多くの先進的な機能を取り入れているだけでなく、一部のモデルでは従来のターンテーブルを廃止し、滑らかな底面だけを残しているものもあります。この設計により、加熱容器のサイズの制限が軽減され、清掃が容易になり、ユーザーエクスペリエンスが大幅に向上します。

しかし、ターンテーブルのない電子レンジを前にすると、人々は疑問に思わずにはいられません。それでも食べ物を効果的に温めることができるのだろうか？ターンテーブル付きの電子レンジとターンテーブルなしの電子レンジでは、どちらがより良い選択でしょうか?

なぜターンテーブルなのですか?

ターンテーブルの役割を理解するには、まず電子レンジの仕組みを理解する必要があります。電子レンジは、周波数が約 2.45 GHz の電磁波であるマイクロ波を発生させて食品を加熱します。これらの電磁波はマグネトロンによって生成され、電子レンジ内に変化する電磁場を作り出します。食品中の極性分子（水分子など）は、電磁場に反応して回転、振動、衝突し、その過程で熱を発生します。従来の熱伝導方式とは異なる、内側から外側へ加熱するこの方式により、電子レンジは短時間で食品を素早く加熱することができます。

電子レンジによる食品加熱の原理

しかし、電子レンジの庫内におけるマイクロ波の分布は均一ではありません。マイクロ波が空洞内を伝播すると、山と谷が生成され、いわゆる「定在波」現象が形成されます。定在波により、マイクロ波エネルギーが一部の場所に集中し、他の場所では弱くなるため、食品のさまざまな部分が不均一に加熱されることになります。そのため、何もしなければ、電子レンジで加熱した食品は、部分的に過熱され、部分的に冷たいままになることがあります。

定在波の模式図

ターンテーブルはこの問題に対処するために設計されています。食品をターンテーブルに置いて回転させる場合、食品のさまざまな部分が電子レンジの高エネルギー領域と低エネルギー領域に順番にさらされるため、より均一な加熱効果が得られます。ターンテーブルの存在は、電子レンジの設計における重要な最適化であると言えます。これにより、電子レンジを使用するときに、手動で食品をひっくり返したりかき混ぜたりする必要がなくなります。

他に方法はあるでしょうか？

ターンテーブルは電子レンジで食品を均一に加熱するための重要なツールですが、唯一の解決策ではありません。実際、電子レンジ技術の進歩により、現代の電子レンジの中にはターンテーブルに頼らず、代わりに他の手段を使って食品を均一に加熱するものも登場しています。 「プレート加熱技術」や「撹拌技術」などの技術により、電子レンジ内でマイクロ波をより均一に分散させることができるため、ターンテーブルが不要になります。

フラットベッド テクノロジーは、ターンテーブルの設計に代わる重要な革新です。この技術は、反射板と分配器を巧みに使用してマイクロ波エネルギーを加熱室全体に均等に分配し、ターンテーブルなしでも食品が均等に加熱されることを保証します。この革新のおかげで、電子レンジの機械部品が少なくなり、メンテナンスコストと故障のリスクが軽減されるだけでなく、内部スペースの利用効率も大幅に向上します。これにより、ユーザーはより大きなサイズや形状の容器を簡単に加熱できるようになり、より柔軟で便利な調理体験を楽しむことができます。

フラット電子レンジ

スターラー技術は、特別に設計された金属製の「ブレード」を取り付けることで、マイクロ波の動的な分散を実現します。これらのブレードは食品自体を動かすわけではありませんが、回転することで電子レンジ内のマイクロ波の進路を連続的に変えることができます。この動的な変化により、形成される可能性のある固定された定在波パターンが効果的に破壊され、加熱プロセス中のエネルギー分布がより均一になります。

これらの金属ブレードは「モードスターラー」と呼ばれ、通常は電子レンジのガラスまたはセラミックの底の下に隠れているか、プラスチックのカバーで覆われているため、日常の使用中に見つけることは困難です。これらのプラスチックカバーは見た目は不透明ですが、電子レンジに対しては透明であり、ブレンダーの機能を妨げることはありません。さらに、電子レンジの中には、スターラーとターンテーブルが共存する設計を採用しているものもあり、加熱の均一性を二重に保護します。

電子レンジの金属製ファンブレードは電磁波をかき混ぜる役割を果たしている。

ターンテーブルとスターラーの加熱

両者の効果に違いはあるのでしょうか？

ターンテーブルとスターラーはどちらも電子レンジの加熱の均一性を高めるための補助ツールですが、動作原理と効果には若干の違いがあります。

ターンテーブルの単純な回転運動により、食品は電子レンジ内で連続的に動き、さまざまな方向からマイクロ波放射を受け取ります。この方法はシンプルで効果的ですが、特に大きな食品や不規則な形状の食品を加熱する場合、加熱が不均一になる問題を完全に解決できない可能性があります。

撹拌機はより複雑な機械的動きを利用して、電子レンジ内で食品をより複雑に回転・撹拌し、より包括的な加熱を実現します。このアプローチは、場合によってはより均一な加熱を実現できる可能性がありますが、機械部品の追加により電子レンジの複雑さとコストが増加する可能性もあります。

電子レンジの加熱の均一性は、電子レンジの設計要素に加え、食品自体の組成や形状によっても大きく左右され、技術革新によっても完全に克服することが難しい問題です。たとえば、同じ電子レンジ出力でも、食品中の水分と脂肪が熱を吸収して変換する能力には大きな違いがあります。肉製品を加熱すると、脂肪部分がより早く沸騰することがよくあります。これは、脂肪の比熱容量が水の比熱容量よりもはるかに低いためです。脂肪は水ほど効率的にマイクロ波エネルギーを吸収しませんが、温度を大幅に上昇させるために必要なエネルギーは少なくなります。

このことから、ターンテーブルは電子レンジで食品を均一に加熱するのに効果的な設計であることがわかりますが、唯一の解決策ではありません。電子レンジ技術の継続的な進歩により、撹拌機や平板加熱などの新技術の応用により、電子レンジはターンテーブルに頼ることなく効率的かつ均一な加熱を実現できるようになりました。これらの新技術にはそれぞれ長所と短所がありますが、共通の目標は電子レンジの加熱品質を向上させ、消費者の多様なニーズを満たすことです。

参考文献

[1]Geedipalli SSR、Rakesh V、Datta A K.電子レンジの回転ターンテーブルによる加熱均一性のモデル化[J]。食品工学ジャーナル、2007年、82(3):359-368。

[2]Harold S H.電子レンジキャビティの設計上の考慮事項、IEEE Xplore[J]。 IEEE Transactions on Industry Applications、1970、1: 74-80。

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/dh1N7_cGafQNwGCo2RhHLg

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/mbQXoFMapY6KsmssxjD6iQ

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/v_kbEexyOXUC9Kv9NJSIKA

[6]https://mp.weixin.qq.com/s/7eKxu66KgykPe8d1Fwj4sw

企画・制作

出典丨Popular Science of Physical Science (ID: lxcp_cstam)

編集者：何童

校正：徐来林