- ベストアンサー
電子レンジの簡単な真実。水蒸気と壁の結露。
- 電子レンジ内の水蒸気や湯気は加熱されません。湯気への加熱はありません。
- 電子レンジ内の壁で結露が起きるのは、熱伝導で冷えたからで、その結露は熱くありません。
- 電子レンジ内の金属は火花を出さずに電波を反射させています。アルミ箔は電子レンジに使用することができますが、火花は出ません。セラミックは加熱されます。
- みんなの回答 （16）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
ANo.15 にいただいたコメントに関してです。 ＞アルミでおおわなければ、別々加熱でも！食塩水の方が攪拌後温度が低い！んじゃないかというを知りたいのです。同時加熱と別々加熱の比較は電子レンジの吸収効率を考える上で重要なデータになりませんか。 塩水水面の温度が高くなれば、その部分の反射は多くなるでしょう。真水との同時加熱では、攪拌後温度差は開く方向かもしれません。個別加熱でその差が軽減する事は、原理上疑いの余地ありません。軽減量はそれぞれの電子レンジや容器の状況固有です。料理において、10% という塩分濃度のデータの有用性はいかがなものでしょう。一方、塩分濃度 3 % くらいまでなら、真水と塩水の反射率差にまつわる効率差は軽微でしょう。 ＞食材の中とは電気抵抗に差はありますよね。具材の誘電率は違うんじゃないでしょうか。具材と水を混在させても互いは別々の誘電率で誘導加熱されるんじゃないでしょうか。実際具材ごとに温度が違うと思いますけど。 ＞ドロってしたシチューの中のグリーンピースは冷たい。ANo.14 加工済み再加熱を想定されているものと解釈し、電磁波的境界は無いに等しい旨記しました。具材内部は大半が水ではありませんか。膜の機能が損なわれた状態では、内外の電解質濃度差も僅少に思えます。具材が冷たかったのは、スープの電力半減深度の関係で、それが電磁遮蔽されていたとは考えられないでしょうか。一方、深部のスープは加熱後の攪拌で上面の熱量を即座に受け取る事ができます。 Q/A内容が当初のご質問から乖離して来たように存じます。私は電磁波加熱に関しての実践的知識は持っておりません。水滴は温まり難そうな事が検証できましたので、ANo.4 として報告させていただいたまでの素人です。
その他の回答 (15)
- veryyoung
- ベストアンサー率75% (65/86)
ANo.4にいただいたコメントに関してです。 電力半減深度の件 --- ご提示の式、参考にされたサイトは誤りかと思われます。正しくは、 http://www.microdenshi.co.jp/microwave/ の式４、あるいは、 http://www.fujidempa.co.jp/mili_01.html 数値（2.45*10^9、80、0.1）で、15 mmが得られます。 15mm厚の水盤の件 --- 含有水蒸気 7.5g/m^3、断面積１m^2、長さ 2 km の直方体を考えると 水分量は 15 kg、 これは 水15mm厚相当です。グラフから 0.0004 dB/km @ 2.45 GHz なので、2 km で0.0008 dB です。dB 表示は、次のようなものです。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%82%B7%E3%83%99%E3%83%AB 水塊だと50% 吸収にもかかわらず、蒸気だと約0.02%という事です。ただし隣接水分子との相互作用が小さい状態を基にしていますから、高密度蒸気だと様相が異なる可能性は否めません。 発熱量の算出 --- 先ほどのサイトはいかがでしょう。 http://www.microdenshi.co.jp/microwave/ 式１で誘電率、誘電正接、電界強度、発熱量が結びつきます。ただ誘電体の内部電界と外部電界の関係は言及されていません。幾何寸法に対し大きく内部電界が変化するというのが私の主張であり、実験結果です。電界強度の 内 / 外 比が、集中定数的には 1 / 80、分布定数的には 1 / √(80) という所がポイントです。集中定数と分布定数の境は明確なものではありませんが、しいて挙げるなら、波長 / (2π）かなというぐらいです。 導電率 5 S/m の 比誘電率虚部換算に関して --- 導電率 / (2 π f) / 真空誘電率 が、虚部比誘電率になります。この誘電正接は 37 / 80 ですから、誘電体としての 0.1 を上回っています。それぞれ温度変化し、さらに電力半減深度が変化するので、実験で発熱の定量的一致を得るのは難しいですが、傾向は明らかに現れます。 壁面温度の件 --- １分ほど空運転し、壁面温度上昇を放射温度計で測ってみました。5度から10度程度に分布。うちのレンジは奥中央から放射しているようですが、奥の右側が熱いようです。ドアも加熱されていました。電磁波による直接の発熱はある筈です。それが無いようでは、CDの熱破壊が説明できません。温度分布は定在波の具合や、庫外からの伝熱などの入り混じったものでしょう。発熱分布の詳細は設計経験者しか示せないかもしれません。
お礼
ご親切の数々ありがとうございます。 ＞『１分ほど空運転し、壁面温度上昇を放射温度計で測ってみました。5度から10度程度に分布。』 その時間の熱量がぜんぶ壁やターテーブルで消費されて末の温度ですね。そんなもんなのでしょうかね。 冷却ファンが活躍しているからでしょうか。
補足
ご教示ありがとうございます。電力半減深度と水盤への変換は理解できました。私の見つけたサイトはメーカーでマイクロ波を専門にしていたとの自己紹介で相談サイトをしているドンピシャ専門家のはずなのに。veryyoungさん（は電子レンジのご専門家じゃないのでしょう）がしっかりされています。肩書きは眉唾です。 電力半減深度の式は、何か他の一般的な式から導出できないものなのでしょうか。εrの方だけ平方根になる次第をこの際、確認しておきたい気もします。 （４）壁についた米粒は加熱されにくいでしょうか。ターテーブル上の対象物も、塊が大きい方がいいのでしょうか。 （５）ご紹介のグラフは相対湿度４４％のようですが、湿度１００％の伝播損失はないものでしょうか。比例関係にあると思うのですが。 （６）マイクロ波の外部電界の強さではなくて（あるいは別に）、内部電界の強さが、発熱量Ｐの式に掛けられる、というのが回答者さんの発案のお考えという事で宜しいでしょうか。素人の私としてはそれが一般常識なのか回答者さんの考察なのかをはっきり区別して置きたいのです。 波長/（2π）は何に由来するのでしょうか。 電子レンジは波長が決まっていて約12センチですよね。80倍の効率格差の境界があるとするとそのサイズが２センチとか何センチとか（実践的に保障できるか別して）十分、話題性があるので、耳にする数字として広まっていていいように思うのですが。 ネット上には、食塩水は電力半減深度が浅くて温まりにくいという記述がありました。 2cm*2cmアルミ箔を電子レンジにかけてところ予想通り火花を散らしたので止めてみると２cm*１cmぐらい消滅しました。どこへ行ったんでしょう。お酒のお燗にアルミを巻くというのは、電子レンジの弱で断続運転した場合にセーフということでしょうか。やはりアルミや金属は火花を散らすんじゃないでしょうか。壁の金属もターテーブルに置けば火花をちらんすんじゃないでしょうか。 なお、結露が壁ごとに差にあるのは、なんだか、空気の出入りが関係しているように思えてきました。右のファンから庫内に送り込まれてきた外気が、左側の結露の出来ていな壁の上位にある穴から抜け出ているようです。結露の発生する高さの風回りぐあいが結露のムラを作っていると思いました。 回答者さんのレンジ内に結露は生じませんか。どっちがいいんでしょう。私のレンジは安物だと思うのですが、奥の壁は出窓のように外へ膨らんだ格好になっています。放熱を考えたデザインなのかと想像しますが、それより奥の壁に通風孔を開けていたら結露は生じていないと思うんですよ。家の壁が湿らないようにしているのか知りませんが奥側（裏側）へ排出しないのがこの家電の原則なんでしょうかね。 （７）レンジの内の湿度や壁の結露はエネルギーロスに値しないという結論で宜しいのでしょうか。底の角まで滴り落ちている結露や庫内の湯気などそのままで加熱しても変わらないという結論で。
- veryyoung
- ベストアンサー率75% (65/86)
水滴は仰るように加熱され難いようです。発泡スチロールに直径 8 mm 深さ 2 mm 程のくぼみを作って水を入れ、隣の容器の 50cc 程の水と比較してみました。後者が沸騰するに至っても前者は冷たいままです。波長の1/6くらいを境として差異が生じると予想し、くぼみの寸法はそれより十分小さく選びました。発泡スチロールを使用したのは、材質的にも密度的にも電波への影響が極めて小さい上、熱伝導が小さく、発生した熱量の散逸を抑制し得ると考えたからです。なお水蒸気は寸法とは別の要因でさらに加熱され難いと思われます。 それらの理由を説明するに「誘電損」の概念を多用する事は避けられそうにありません。まず電子レンジでの発熱機構を誘電損でイメージしていただく事が必要かと思います。下記URLがとても参考になります。 ・電子レンジで加熱できるわけ http://www.cm.kj.yamagata-u.ac.jp/atom11archive/water/microwave.html 巷に氾濫する誤った描像が批判されています。 2.45GHzは共振周波数でも何でもありませんし、マイクロ波照射中でさえ、それに同期する振動は熱振動に埋もれてしまう微少量です。 交番電界の1/4サイクルで分極として蓄えられたエネルギが次の1/4サイクルで排出される。回生されないエネルギが誘電損です。それでは水の誘電損の周波数特性はどんなものか。下記URLの Figure 1 に複素比誘電率のデータがあります。 ・Water and Microwaves http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html 虚部-青（dielectric loss）と実部-赤（Dielectric permittivity）の比：誘電正接tanδが損失の象徴です。以下、便宜上、誘電正接はあまり大きくないとし、複素誘電率の実部を誘電率と呼び、私の解釈を述べます。 １）電子レンジ内の水蒸気（湯気）の加熱の件 水分子から水の誘電率を理論計算する際、Debyeの式では配向分極の大きさが不十分で、近接分子の強い作用を考慮した Kirkwoodの式が必要と言われます。 実際web上に散見される 1atm 100℃ 水蒸気の比誘電率実測値 1.006 に対し、膨張率を1700として (1.006-1)*1700 +1 という密度換算をしても比誘電率は 11 に留まり、80 には達しません。水蒸気と水の誘電物性が大きく異なる証です。近接分子の影響が消え、分極追従速度が上がれば、いかにも損失が小さい感はありますが、どうでしょう。 高密度水蒸気の誘電正接データは見つかりませんでしたが、大気湿度に関するマイクロウェーブの伝搬損失のデータは見つかりました。あまりに希薄すぎるかもしれませんが、液体密度に濃度換算してみましょう。比較基準として、2.45GHzにおける比誘電率 80、誘電正接 0.1 の水（液体）の電力半減深度は15mm程度です。 http://www.spc.co.jp/spc/pdf/giho21_09.pdf の図2-1 に水蒸気 7.5g/m^3における伝搬損失のグラフがあります。この水蒸気が15mm厚の水盤に積算するための距離は約2kmという事になりますが、グラフから算出される損失は僅かに0.0008dB 程度、つまり 0.02％にも届きません。さて、湯気はどうなのか、水粒として下記に従うかと考えます。 ２）結露の加熱の件 波長より十分小さい誘電球を考えると内外の電界の強さは誘電率の逆数の比になるでしょう。一方、大きな誘電球の場合、内外電界の強さは特性インピーダンスの逆数の比となり、つまり誘電率の逆数の平方根比になるでしょう。発熱量は電界の二乗に比例する項ですから、寸法の大小両極で単位体積あたり発熱量の差異は80倍と算定されます。境になる寸法は波長の1/6くらい、つまり 2cm くらいかと推察します。なお、壁面の水滴に関しては、導体面の平行電界が零になる非能率、伝熱による冷却が関与するのは言うまでもありません。寸法の効果のみを検証するなら冒頭の発泡スチロールが有用です（金属と混在させる実験は火花発火に注意）。 ３）アルミ箔や金色の装飾の件 導体の内部電界、また囲まれた空間の電界は零になりますが、そのしわ寄せが縁端部空間の電界増大として現れます。ループを描けばさらに磁界由来の効果（電磁誘導）も加わります。ループが閉じていれば電流が流れ、線幅が細ければ電流密度が溶融するに十分な発熱量を与えます。面に拡がる電流で電磁波に立ち向かう場合には必要電流密度は小さくなります。定常温度は発熱量と放熱面積で決まるでしょうから、レンジのステンレス表面が融けなければ、アルミ箔でも融ける事はないでしょう。電流の流れる浸透深さ（表皮厚）は、アルミで 1.5μmとなり、市販品箔厚の数分の一にすぎません。代表的アルミ箔厚ならステンレス壁面よりジュール熱が勝る事は無さそうです。面であるCDやDVDの蒸着膜がレンジ内で焼き切れる映像に矛盾を感じるかもしれません。しかし、例えばCDのアルミ蒸着厚みは100 nm 程度と表皮厚より薄いようで、電流密度の上昇が顕著です。 ここでは導体の抵抗損を取り上げました。（１）（２）は誘電損でしたが、食材の調理にも導電性電流は関与しています。水道水と食塩水、同量を同時に加熱してみて下さい。食塩水の方が早く沸騰しませんか。例えば3 ％ 食塩水、導電率 5 S/m は、2.45 GHz の複素比誘電率の虚部換算で 40 近くになり、誘電正接を上回ります。 なお、誘電損は油にもあります、水よりは発熱量は小さいものの、当然温度上昇は100℃にとどまりません。発熱は、抵抗体や誘電体、フェライトのような磁性にまつわるものでも得られます。 以上、誤りがないと良いですが。あて推量が多く含まれています。
お礼
＞『以上、誤りがないと良いですが。あて推量が多く含まれています。』 遠慮なさらずにどんどん推量・推察されて下さい。 適切なリンクのご紹介にも感謝しております。 分かりやすいご解説を今後ともお願い致します。 ご教示ありがとうございます。
補足
私の水っぽい脳ミソに回答者さんの高周波数は伝損が大きいのを申し訳なく思いつつ、ご解説ありがとうございます。 電子レンジは一家に一台の実験道具かもしれませんね。電子レンジは科学啓蒙に最適ですね。 ただ電子レンジって空焚きしても大丈夫なんでしょうか。今まで怖い物なしでしたがちょっと怖くなってきました。うちのレンジは内壁、とりわけ電波が放射されているだろう右側の壁がかなり熱を持っていました。左側の壁とターンテーブルのガラスがそれについで熱を持っています。奥側の壁はひときわ熱を持っていません。結露が奥側の壁に集中する理由は、No.3さんの因果のご指摘に妥当性があるように改心しました。そうなると不思議なのは、左右の熱い壁の加熱は、何に由来するのか。水蒸気のスチームによる加温ではなくて、電磁波が直接、金属を加熱させていて、奥側の壁に当たるマイクロ波が（のべ反射回数などが）少ないという配置の結果なのでしょうか。扉のメッシュが吸収？するなどで反射波は左右を飛び回るの主体というか。 壁についたご飯粒は加熱されにくいということになりますでしょうか。 １ｃｍ角ぐらいの独立した物は他の物より加熱されにくく、弁当など同じ容器内の２ｃｍ以上の物が加熱された結果のスチームや熱輻射で加温されるということなのでしょうか。そんなサイズを今まで気にしたことはありませんでしたし、話題に飢えているマスコミの科学風番組でも耳にしないように思います。非常に面白い情報です。 電力半減深度 Ｄ＝３．３２×１０7／ｆ*√（εr*tanδ） （「6.2マイクロ波損失係数」 http://www.microwave.ne.jp/06/007.html） ご紹介の数値（2.45*10^9、80、0.1）を代入しますと15ｍｍになりますでしょうか。 私は基本的な知識がないのですが、 ＞『この水蒸気が15mm厚の水盤に積算するための距離は約2kmという事になりますが、グラフから算出される損失は僅かに0.0008dB 程度、つまり 0.02％にも届きません。』 の計算と論理が分かりません。水に比べて水蒸気はどのくらい加熱されにくいということになるのでしょうか。 ＞『寸法の大小両極で単位体積あたり発熱量の差異は80倍と算定されます。境になる寸法は波長の1/6くらい、』 結露の加熱の件ですが、発熱量の項などの基本知識と算定法とご推察についてもう少し具体的に説明していただけないでしょうか。 食塩水の加熱は経験しておりませんが、砂糖水では、早く沸騰するような気がします。 ＞『例えば3 ％ 食塩水、導電率 5 S/m は、2.45 GHz の複素比誘電率の虚部換算で 40 近くになり、誘電正接を上回ります。』 もう少し途中の計算と論理をバカな私にも分かるようにご解説願えませんでしょうか。 回答者さんのマイクロ波を無にしないために私も氷にならないよう鈍い頭を回転させております。
- malaytrace
- ベストアンサー率33% (349/1027)
>（２）お湯を沸かすようなことをよくするのですが。電子レンジ内の壁で、左右の壁には結露がでないようなのですが、扉と奥の壁、とくに奥の壁には結露がしたたり落ちています。その水分は加熱されないのでしょうか？加熱されるが！熱伝導で冷されてしまうのでしょうか。その結露はまったく熱くないのです。まるで奥の壁が冷却装置の役割をしているかのような気さえします。 これは発生と原因が逆ではないでしょうか。熱くならない壁面では温めた食品から出た水蒸気が凝縮して結露。熱を持つ壁面では結露しない。 連続使用でオーバーヒートとなり安全装置が働くとき、操作部の壁がすごく熱くなってます。壁の裏側に発熱があるからじゃないかと思います。 結露をペーパータオル等で拭き取ると、熱くはありませんが温かいくらいですよ。連続使用でなく、１回毎だと結露自体が熱くなる程にはならないのだと思います。
お礼
因果逆転の戒めは重要です。科学知識があると余計にそうです。気づかないうちに逆転しまくっている考察だらけかもしれません。 ★常に因果逆転しない（科学に扇動されない）視点に立つように注意し続けなければなりません。 科学の本体は科学知識とは独立して実在しています。 ＞『連続使用でなく、１回毎だと結露自体が熱くなる程にはならないのだと思います。』 パワーも関係しますね。鉄板の壁上ですから鉄板の温度上昇が先になろうかと思いますが、結露自体がエネルギーを電磁波から受け取っているかいないかは定かではありませんね（特に加熱対象物がターンテーブル上にある場合は、庫内で反射しまくっても、その加熱対象物の分、電磁波が回ってきませんからね）。 科学知識が普及すればするほど、頭でっかちによる、因果逆転は戒めです。今後ともご指導のほどよろしくお願いします。
補足
ご指摘して頂いて勉強になりました。側面の壁は常時、温かい事を発見しました。ダイヤル式のレンジですが、デジタル表示板などないのに、待機電力がかかっているんでしょうか。 ＞『連続使用でオーバーヒートとなり安全装置が働くとき、操作部の壁がすごく熱くなってます。』 どういうことでしょうか。安全装置が働くと動作も変わるんでしょうか。 結露の因果に関しては、逆という事もないように思いました。結露が乾くスピードは違うでしょうが。側面の壁にもわずかに結露が生じていました。ただし、タイマーのついている右側の壁の上位です。左側の壁には結露がありません。これは左側の壁の結露（未満の段階）が電磁波を一番受けているからということになりませんかね。 水蒸気や湯気が加熱されるかなどもご意見があれば宜しくお願いします。
- shintaro-2
- ベストアンサー率36% (2266/6245)
(1)について 水分子が加熱されますので、湯気でも水が分子であるかぎり加熱されています。 ラップで密封されていれば1気圧を超えますから、もちろん液体で１００℃を超えます。 （２）について そんなに詳しく観察したことがないのでわかりません。 （３）について 金属の形状に依るのでしょう。 徳利にアルミ箔をかぶせ、徳利の持つ部分が熱くならないようにするのが、一般的に取説に記載されるものです。 この時、被せたアルミ箔の端部が尖がっていると火花が出やすいです。 セラミックが過熱？ について 電子レンジでは、水分子を加熱するのがメインですが、マイクロ波を使うため水以外の極性があり非対称な分子も効率はともかく加熱されます。 （H2Oは加熱されてもCO2は加熱されない） また金属ウィスカーを混入したセラミックなら加熱されます。
お礼
ご回答ありがとうございました。 水蒸気や湯気も加熱されるんですかね。ある程度まとまった液体がないと効率が悪いんじゃないでしょうか。いわば水分子の回転運動は認められても、加熱が成立しない。 （２）マグカップや急須で２，３回お湯を沸かしてみて下さい。家電なのに濡れるんですよ。水蒸気が加熱されるくらいならば結露の水滴は高温に……なっていないのです。 セラミック商品については、金属ウィスカーなるものが混入しているんですか。知りませんでした。健康や商品は、それで大丈夫なんですかね。そうなると金属が発熱するんですか。極性もないのに。 「徳利について」 http://okwave.jp/qa/q3518503.html
- kyo-mogu
- ベストアンサー率22% (3398/15358)
基本原理はマイクロ波を照射し、当たった場所の水分が振動により加熱される。 電子レンジは全体から出るのではなく、１個所から放射されている形です。中の温める物全体には当たらないので、ターンテーブルなどを利用して回転させて照射のムラを無くしている形です。 庫内を反射させてというのもあるのかな？ 庫内の状態もテフロン加工されているとかもあるのかもしれません。汚れにくい状態に。それと温めたものの状態を検知するためにセンサーもありますので、そのセンサー部分は加工されていない。吸気ファンの部分とかに水滴がつくのかなぁ？ 水蒸気などはぶつかる相手も少ないので加熱という状態には成らないかな。 後は上手に電気を流すという感じでレンジ対応のホイルとかあるのかな。 周波数とかも関係するのかもしれない。 良い加減でごめんね。
お礼
ご回答ありがとうございました。私もだいたい似た様に考えていたのですが。どうも実態は違うようですよ。電子レンジの発振周波数は電波法の規制に過ぎないとか……。料理の道具なのに電波法ですから役所の管理のすごさです（笑） 結露の不思議さについては、マグカップでも急須でもいいので、電子レンジで、何度か、沸騰させてみると、たぶん壁に見られるようになると思いますよ。実は電子レンジという家電は、かなり濡れるんですよ。
- 1
- 2
お礼
ご回答ありがとうございます。 濃いソースが肉に買っているような食材（電子レンジで温めるだけのホルモン料理の惣菜とか）を加熱する時など肉とソースの温度差が大きいです。電磁波境界がないのでしょうか。液体に入れた物は電磁波境界がなくなってしまうのでしょうか。そうなると液体に入れたら処理できてしまう問題が多いですよね。 当初の疑問に対するご回答者さんの原理と参考が電磁波境界と食塩水だったのでその解答に対して補足しませんことには納得に至りませんよね。プロはバイアスと嘘があります。 明解善良な回答者さんが専門屋ではなくて良かったです。もちろん私にはプロと素人という肩書きは通用しません。その無名の人が何を説明できたかです。説明できていないプロを信じろなんて質問しない方がいいです。プロを盲信する信者が疑問不安を持つのが矛盾なのです。 善良な回答者のコメントが一番、参考になります。 ご親切心にも感動しています。ありがとうございました。 質問を分解して関連質問をしようと思います。今後ともよろしくお願いします。