En la vida diaria, los métodos de calefacción con los que estamos muy familiarizados son principalmente la conducción o la convección de calor. Pon una olla de hierro al fuego caliente. La energía térmica de la llama se transfiere primero a los átomos de metal en el fondo de la olla y luego se transfiere del metal a la superficie de la comida cerca del fondo de la olla. El calor penetra paso a paso hasta el centro de la comida. Este mecanismo de calentamiento desde el exterior hacia el interior suele llevar mucho tiempo.
La aparición de los hornos microondas anuló por completo esta ley termodinámica tradicional de la cocina. Dentro del horno microondas no hay alambre de resistencia ni llama abierta que genere calor. Su componente central es un componente electrónico llamado magnetrón. Cuando el magnetrón se activa, puede convertir la energía eléctrica en ondas electromagnéticas de una frecuencia específica, iniciando así un proceso de control preciso de las partículas microscópicas del interior de los alimentos.
La frecuencia de las ondas electromagnéticas mencionadas aquí suele estar fijada en 2,45 GHz. Con esta frecuencia específica, las microondas pueden penetrar fácilmente en recipientes aislantes como vidrio, cerámica y plástico y llegar directamente a los alimentos. Para entender cómo las ondas electromagnéticas calientan los alimentos, debemos centrarnos en el ingrediente más común de los alimentos: el agua. Desde el punto de vista de la estructura química, las moléculas de agua están compuestas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Dado que la atracción de los átomos de oxígeno hacia los electrones es mucho más fuerte que la de los átomos de hidrógeno, la distribución de electrones dentro de las moléculas de agua muestra un grave desequilibrio. Los átomos de oxígeno tienen una carga negativa débil en un extremo, mientras que los átomos de hidrógeno tienen una carga positiva débil en un extremo. Las moléculas con polos positivos y negativos se definen en física como moléculas polares.
Las moléculas polares tienen una propiedad física extremadamente especial, es decir, como la aguja magnética de una brújula, ajustarán automáticamente su disposición a medida que cambie la dirección del campo electromagnético externo. Dado que las microondas emitidas por el magnetrón son un campo electromagnético alterno de alta frecuencia, la dirección de su campo eléctrico alternará rápidamente 2,45 mil millones de veces por segundo. Las moléculas de agua en este campo eléctrico oscilante de alta frecuencia perdieron por completo la calma. Se ven obligados a realizar miles de millones de vueltas en U por segundo a medida que la dirección del campo eléctrico cambia violentamente.
En esta danza salvaje del mundo microscópico, innumerables moléculas de agua chocan, se aprietan y se frotan entre sí. Aquí también se aplica el principio de generación de calor por fricción en el mundo macroscópico. La enorme energía cinética microscópica generada por el movimiento violento de las moléculas de agua se convierte rápidamente en energía térmica. Este tipo de calor no se filtra lentamente desde el exterior, sino que brota alrededor de cada molécula de agua dentro del alimento, logrando así un calentamiento general extremadamente eficiente.
Precisamente en base a este mecanismo de calentamiento único encontraremos que los hornos microondas presentan grandes diferencias al enfrentarse a diferentes materiales. Un trozo de carne fresca rica en humedad se puede calentar hasta hervir en poco tiempo, pero un trozo de madera completamente seco o una toalla de papel seca difícilmente se calentarán en un horno de microondas porque carecen de suficientes moléculas polares en su interior para bailar con el campo electromagnético.
Por el contrario, si pones metal en un microondas, la situación se vuelve extremadamente peligrosa. Dentro del metal hay una gran cantidad de electrones libres. Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia harán que estos electrones libres surjan violentamente sobre la superficie del metal, generando instantáneamente una fuerte corriente de alta frecuencia e incluso ionizando el aire en el borde del metal, estallando con chispas deslumbrantes. En casos graves, el magnetrón puede destruirse o provocar un incendio.
El diseño del horno microondas es un ejemplo de la aplicación de la física moderna a la vida diaria. Aprovecha inteligentemente la debilidad de polaridad inherente de las moléculas de agua y utiliza ondas electromagnéticas invisibles para superar las barreras tradicionales de transferencia de calor espacial. Cada vez que pulsamos el botón de encendido de un horno microondas, en realidad somos testigos de una danza febril en la que participan decenas de miles de millones de moléculas de agua. Las leyes electromagnéticas más básicas de la naturaleza se transforman en vapor sobre la mesa.