Pregunta:
¿Qué hace que el queso sea tan eficaz para absorber las microondas?
samerivertwice
2017-01-26 00:06:50 UTC
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Siempre que pongo una comida en el microondas que contiene queso, ¿por qué el queso se calienta antes de que se caliente el resto de la comida?

Posible duplicado "http://physics.stackexchange.com/q/43722/
@AMS Está relacionado pero preguntando algo diferente.La otra pregunta es por qué el queso se siente más caliente, lo que probablemente tiene que ver con la superficie de contacto entre el queso derretido en comparación con el pan.Por otro lado, esta pregunta supone que el queso en realidad está más picante.
Posible duplicado de [¿Por qué el queso de pizza parece más picante que la corteza?] (Http://physics.stackexchange.com/q/43722/)
Reabrí esta pregunta porque no es un duplicado.La pregunta [¿Por qué el queso de pizza parece más picante que la corteza?] (Http://physics.stackexchange.com/questions/43722/why-does-pizza-cheese-seem-hotter-than-the-crust) no abordala velocidad de calentamiento de una comida que contiene queso.Esta pregunta pregunta específicamente por qué la tasa de aumento de temperatura del queso es más alta que el resto de la comida.
Tres respuestas:
Diracology
2017-01-26 00:22:45 UTC
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Es porque el queso tiene una buena combinación de agua y grasa. El agua es importante ya que el microondas le transfiere energía al hacer vibrar las moléculas de agua. Por otro lado, los aceites, en general, tienen menor calor específico (en comparación con el agua). Esto significa que con la misma cantidad de calor, el cambio de temperatura es mayor para la grasa que para el agua. Puede ver en esta tabla que, normalmente, los alimentos grasos tienen un calor específico mayor. Además, los aceites tienen puntos de ebullición más altos, por lo que el queso puede alcanzar una temperatura superior a $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $.

Editar

Tanto los aceites vegetales y animales están hechos de moléculas apolares. Esto significa que los aceites no se pueden calentar eficazmente mediante calentamiento dielétrico (absorción de microondas). Si consideramos el caso límite en el que el aceite no absorbe las microondas en absoluto, entonces cualquier combinación de agua y aceite (mezcla) supera al aceite puro a la velocidad de calentamiento en microondas. La mezcla, en este caso, se calienta porque el agua absorbe microondas y cede calor al aceite por conducción térmica. Por otro lado, para comparar los rendimientos de la mezcla y el agua pura debemos tener en cuenta el calor específico de ambas sustancias. Si el calor específico de la mezcla es suficientemente menor que el calor específico del agua, entonces el primero superará al segundo en el calentamiento bajo microondas.

¿Podemos calentar aceite en un microondas? La molécula de los aceites, en general, puede tener un momento dipolar distinto de cero, pero es tan pequeño que el factor de pérdida dieléctrica del aceite es aproximadamente una centésima parte del del agua. Recuerde que el factor de pérdida dieléctrica expresa aproximadamente el grado en que un campo eléctrico aplicado externamente se convertirá en calor. En general, depende de la frecuencia de la radiación y, para el agua, es máximo a $ 2.45 \, \ mathrm {GHz} $, la frecuencia de la mayoría de los hornos de microondas. Con un simple experimento casero, se puede comprobar fácilmente que la conducción juega un papel importante. Intenta conseguir unos recipientes que respondan de forma diferente a las microondas, es decir, prueba cómo se calientan los recipientes vacíos. Luego separe uno que no se calienta y otro que sí se calienta. Rellénalas con la misma cantidad de aceite y déjalas en el microondas por el mismo tiempo. El aceite en el recipiente que interactúa con el microondas estará mucho más caliente. La explicación es que el aceite se calentó principalmente por conducción. Tenga en cuenta que en una mezcla homogénea de aceite y agua (como un queso) esta conducción se optimiza.

Entonces, ¿el agua permite una transferencia de calor más eficiente y la grasa permite que la temperatura sea más alta para una determinada cantidad de calor?
@DanielSank Exactamente.Y debe haber un buen equilibrio entre los dos.Apuesto a que el queso parmesano (poca agua) y un mascarpone (demasiada agua) no se calientan tan fácilmente como un provolone.
¿La grasa también absorbe energía de microondas?Si solo el agua absorbe la energía y luego la distribuye a las grasas, no se puede calentar más de 100 ∘C.El agua dejaría el queso en forma de vapor.
@Shane No, las grasas absorben las microondas bastante bien, menos que el agua, pero se calientan a una temperatura más alta gracias a su capacidad calorífica mucho menor.Tenga esto en cuenta cuando cocine alimentos grasos en el microondas: es muy fácil "quemar" las grasas mientras la comida aún está fría.¿Alguna vez ha intentado cocinar chocolate o tocino en el microondas?
@Diracology lo siento, no he aceptado su respuesta porque, pensándolo bien, creo, basado en la observación experimental, que también hay algo en el queso que lo hace más eficiente que otros materiales para absorber microondas.Podría resistir para ver si alguien puede corroborar esto.
Esta respuesta es incorrecta porque parece sugerir que tener grasas en el queso permite que se caliente más que el agua sola.Si aceptamos la premisa (probablemente cierta) de que el agua absorbe preferentemente microondas y descarga algo de ese calor a la grasa, entonces la grasa aumenta efectivamente la capacidad calorífica del sistema, lo que hace que se caliente más lentamente.Cuanto más grasa, más homogéneo debe ser el calentamiento en todo el microondas.Otro error consiste en dar a entender que un calor específico más elevado instala la calefacción;lo contrario es cierto: los calores específicos más altos se calientan más lentamente.
@ChemicalEngineer dice que el calor específico "más bajo" hace que se caliente más.Pero la primera parte de lo que dices es correcta.
@RobertFrost Ah, claro, está hablando de calor específico, que está en por moles o por unidades.Aún así, la capacidad calorífica total aumenta cuando hay más contenido;todavía requiere más energía para calentarse, y si no recibe un aumento proporcional a la generación de calor (es decir, si la grasa no absorbe tanto las microondas como el agua de la misma capacidad calorífica), entonces sigue siendo perjudicial para el calentamiento.La capacidad calorífica total aumenta;el hecho de que la capacidad calorífica específica, que es una propiedad intensiva (a diferencia de la propiedad extensiva), disminuya es una pista falsa.
@ChemicalEngineer Por supuesto, si agrega grasa a una porción de agua, aumenta la capacidad calorífica.Pero si agrega grasa y elimina la misma cantidad de agua, entonces disminuye la capacidad de calor del sistema.O simplemente podemos hablar de calor específico como sugirió Robert.
@Diracology Si agrega grasa y elimina la misma cantidad de agua, también disminuye la absorción de microondas.Siga haciéndolo, eventualmente llegará a la grasa pura;menor capacidad calorífica, pero también menor absorción de microondas.
@ChemicalEngineer Tiene toda la razón.Por eso dije en la respuesta que debe haber una "buena combinación" de agua y grasa.Me refiero a una "combinación óptima".
@Diracology Sin un efecto de segundo orden, es solo una combinación lineal.Entonces, lo óptimo es necesariamente agua pura o grasa pura.
@ChemicalEngineer Por ejemplo, la grasa pura se calentará más lentamente porque las microondas excitan las moléculas de agua.Por otro lado, el agua pura no es tan eficaz en el uso del calor para aumentar su temperatura (calor específico alto).Y lo más importante (en mi opinión) es que la grasa puede alcanzar temperaturas superiores a los 100C, por eso el queso siempre está tan caliente.
@Diracology Considere una combinación hipotética de agua y grasa, en la que la capacidad de calor y la absorción de microondas son proporcionales a cualquier concentración de agua y grasa que tenga.El calentamiento se realiza entonces a la tasa de absorción de microondas dividida por la capacidad calorífica.Sin efectos de segundo orden, esto es básicamente una constante para una composición de mezcla dada;y si varía la fracción de composición, entonces el óptimo es necesariamente una sustancia pura (agua pura o grasa).
@Diracology Creo que se está dando cuenta correctamente de que la disminución del calor específico ayuda, pero ignorando incorrectamente la disminución de la absorción.No hay una propiedad de segundo orden en el mecanismo que ha descrito.No puede funcionar.Excepto, su nota sobre la temperatura máxima, eso se mantiene.Tiene razón en que el queso debería poder calentarse unos grados más que el agua, en el extremo máximo de la escala (aunque también se secará y se convertirá en carbón negro en ese punto).
Tanto @ChemicalEngineer como Diracology: la capacidad de la grasa para superar el punto de ebullición del agua es irrelevante.Mientras haya agua en la grasa, la grasa tampoco puede calentarse tanto.Lo relevante es la potencia limitada del microondas.¿Cuánto queso saturará ese factor, hasta el punto de una perfecta absorción?Y cuanta agua?
¿Podría agregar algún modelo analítico de lo que cree que está sucediendo?Quiero decir, no te equivocas con los hechos físicos;simplemente, las conclusiones no se derivan de la premisa.Siento que esto se haría evidente si escribiera las ecuaciones.
Es extraño que esta sea la respuesta más votada dado que una simple prueba de poner aceite vegetal puro en un microondas muestra claramente que se calienta casi tan bien como el agua.
Nat
2017-01-26 15:53:48 UTC
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La estructura sólida del queso ayuda a prevenir la pérdida de vapor

El agua absorbe bien las microondas, principalmente en los límites, ya que el agua en los límites absorbe la mayoría de las microondas antes de que se adentren más en el cuerpo de agua. Si calienta agua sola, sus límites reciben la mayor parte del calor; entonces, el vapor puede escapar, provocando la pérdida de gran parte del calor absorbido. Esto da como resultado un poderoso efecto de enfriamiento llamado enfriamiento por evaporación.

El enfriamiento evaporativo es un efecto importante en las microondas. Por ejemplo, si obtiene una cena para microondas, a menudo le dirá que corte una hendidura en la envoltura sin quitar realmente el contenido. La hendidura permite que el vapor se escape un poco para que la presión no haga que la bolsa se reviente, pero aún mantiene más vapor para ayudar a retener el calor. Esto reduce el enfriamiento por evaporación.

La estructura sólida de Cheese debería tener un efecto similar. Es decir, el agua no es libre para escapar simplemente como vapor, por lo que el calor que captura no se pierde tan fácilmente.

No se trata realmente de que las grasas y el agua trabajen juntas

La respuesta actualmente votada afirma que el queso y las grasas funcionan juntos usando sus diferentes niveles de absorción de microondas y capacidad de calor para calentarse más rápido que por separado.

Desafortunadamente, esto no puede ser cierto porque es un mecanismo de primer orden. Las grasas y el agua se calentarían a una velocidad proporcional a la absorción de microondas dividida por su capacidad calorífica, es decir, $$ \ frac {\ text {d} T} {\ text {d} t} {\ propto} {\ frac {\ left [\ text {capacidad de absorción} \ right] } {\ left [\ text {capacidad calorífica} \ right]}} $$ Si los combinó sin un efecto de segundo orden, entonces su capacidad de absorción y capacidad calorífica combinadas son un promedio ponderado de los valores puros para cada uno, es decir, $$ {\ left. \ frac {\ text {d} T} {\ text {d} t} \ right |} _ {\ text {queso}} {\ propto} {\ frac {{x} _ {\ text {agua}} {\ left [\ text {capacidad de absorción} \ right]} _ {\ text {agua}} + {\ left (1- {x} _ {\ text {agua}} \ right)} {\ left [\ text {capacidad de absorción} \ right]} _ {\ text {fat}}} {{{x} _ {\ text {water}} \ left [\ text {capacidad calorífica} \ derecha]} _ {\ text {agua}} + {\ left (1- {x} _ {\ text {agua}} \ right)} {\ left [\ text {capacidad calorífica} \ right ]} _ {\ text {fat}}}} $$ Entonces, supongamos que la capacidad de absorción y la capacidad de calor son constantes tanto para la grasa como para el agua (lo cual no es realmente cierto, pero una simplificación razonable). Entonces, independientemente de los valores reales de la capacidad de absorción y la capacidad calorífica, no existe una combinación que pueda superar a ambas sustancias puras. Si ambas sustancias puras se calientan exactamente igual de rápido, entonces su combinación debería hacer lo mismo. Pero si uno se calienta más rápido, cuanto más tenga la combinación, más rápido se calentará. Es decir, si optimizamos $ {x} _ {\ text {water}} $ , necesariamente encontraremos $ {x} _ {\ text {water}} = 0 $ (grasa pura) o $ {x} _ {\ text {water}} = 1 $ (agua pura) como la solución óptima.

Cuando una combinación funciona así, debe haber un efecto de orden superior en funcionamiento. En este caso, sospecho que el efecto de orden superior más importante es que el queso atrapa el vapor, de modo que las moléculas de agua que atrapan la mayor parte del calor no se van volando.

No se trata realmente de puntos de ebullición

Algunos han señalado que el agua hierve a $ {100} ^ {\ circ} \ text {C} $ , por lo que las grasas pueden ayudar al poder estar más caliente. Como @JirkaHanika señaló, esto no es realmente relevante porque el agua no se molesta por esto hasta que realmente alcanza su punto de ebullición de $ {100} ^ {\ circ} \ text {C} $ .

Si vas a calentar la pizza en el microondas para que esté tan caliente, entonces la estás secando.Este video de YouTube muestra a un hombre poniendo una taza de agua en el microondas con su pizza para ayudar a mantener la corteza crujiente:

Estoy de acuerdo en que el queso tiene menos capacidad de enfriarse a través de la pérdida de calor latente (que el agua);esto es definitivamente un componente de la misma.
@RobertFrost Energy se conserva, por lo que el calentamiento solo se puede realizar mediante absorción de microondas o reacción exotérmica.Las grasas almacenan mucha energía que puede generar reacciones exotérmicas, ya que esa es su función biológica principal (son básicamente baterías).Aún así, a menos que de alguna manera estén experimentando un cambio químico, será una simple cuestión de acumulación de calor de las microondas y luego se perderá parcialmente a través del enfriamiento, por ejemplo.enfriamento evaporativo.La principal fuente de variación será la efectividad de los mecanismos de enfriamiento;cualquier otra cosa viola la conservación de la energía.
@RobertFrost Bueno, sobre todo.Técnicamente, hay una [entalpía de mezcla] (https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_mixing) que cambiará con la composición a medida que el queso se deforma debido a las microondas que lo calientan.Pero, según [el principio de Le Chatelier] (https://en.wikipedia.org/wiki/Le_Chatelier%27s_principle), ese cambio en la entalpía de mezcla será una fuerza resistiva, no una fuerza de calentamiento.
@RobertFrost Algunos dicen que el queso se derretirá con la grasa, algunos dicen que con el vapor / Por lo que he probado de las comidas Kraft / Me quedo con los que prefieren el vapor./ Pero si tuviera que recalentar dos veces, / Creo que ya sé bastante de queso / Para decir que para quemarme la boca las grasas / También son geniales / Y bastaría.
Suponga que la grasa no absorbe las microondas en absoluto.¡Entonces cualquier combinación de agua y grasa superaría a la grasa!La fórmula que escribió para la velocidad de calentamiento de la combinación no es correcta porque ignora el hecho de que el agua y la grasa intercambian calor por conducción térmica.Ese es el objetivo de la combinación.
@Diracology Como se explicó anteriormente, uno de los estados puros será óptimo;en su ejemplo, sería agua pura, es decir, $ x _ {\ text {water}} = 1 $.En cuanto a "descuidar" la conducción térmica, ¿qué efecto cree que tiene exactamente?¿Cómo modelarías las ecuaciones?
El caso es que estás considerando que la grasa solo se calienta con microondas.Si eso era cierto, su ecuación y su afirmación eran correctas.Pero hay conducción del agua a la grasa y ese es el hecho relevante.
@Diracology No, tanto la grasa como el agua se calientan con las microondas, y esa energía capturada debe usarse para elevar su temperatura dada su capacidad calorífica combinada (ya sea una suma si usa propiedades extensivas o el promedio ponderado si usa intensivaspropiedades).¿No recuerdas las [soluciones ideales] (https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_solution) de Intro to Classical Thermo?Mi modelo anterior asume la idealidad y, como se señaló en mi comentario de RobertFrost, las desviaciones de la idealidad tenderán a ser resistivas debido al principio de Le Chatelier.¿Qué suposiciones no estándar está haciendo?
Los aceites y las grasas están formados por moléculas apolares.¡Hecho!Las microondas calientan los alimentos mediante la vibración de moléculas polares.Entonces, las grasas absorben mucho menos microondas que el agua.
@Diracology Correcto.Tanto la grasa como el agua acumulan calor a diferentes velocidades ($ {\ left [\ text {capacidad de absorción} \ right]} _ {\ text {fat}} $ frente a $ {\ left [\ text {capacidad de absorción} \ right]} _ {\ text {water}} $), y comparten esa captura de calor combinada para elevar su temperatura combinada dada su capacidad de calor combinada, como en la ecuación anterior.¿Cuál es la parte que estás haciendo _diferente_?
nigel222
2017-01-26 17:25:12 UTC
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Creo que el punto clave en la primera respuesta es que los aceites tienen puntos de ebullición más altos, por lo que el queso puede alcanzar una temperatura superior a los 100 ∘C.

Si calienta agua, cuando alcance los 100 ° C, comenzará a hervir y toda la energía de microondas depositada a partir de entonces convertirá el agua en vapor, que se escapará rápidamente.

En el queso, el agua se emulsiona con grasa. (No sé si son pequeñas gotas de agua encerradas en grasa o viceversa. Supongo que lo primero, ya que tiene más del 50% de grasa). En cualquier caso, creo que será posible que el agua se sobrecaliente un poco sin que se convierta en vapor en este entorno, donde tiene una gran cantidad de superficie de agua en contacto con grasas que se pueden calentar por encima de los 100ºC sin hervir. En otras palabras, la mezcla con grasa puede suprimir la formación y el crecimiento de burbujas de vapor.

Además, el agua del queso se deriva de la leche, lo que significa que contendrá una cantidad muy significativa de proteínas lácteas solubles en agua. Estas moléculas de cadena larga también pueden servir para estabilizar el agua a> 100 ° C (especialmente si tienen partes hidrofílicas y partes hidrofóbicas, que tenderán a unirse entre el agua y la grasa donde las dos se tocan). Incluso pueden permitir que la presión en las gotas de agua supere un poco la presión atmosférica ambiental.

El experimento obvio es medir la temperatura del queso recién calentado en un microondas o incluso durante el calentamiento. Para el primero, derrítelo en un recipiente bien aislante (sugeriría una muestra de queso más pequeña en un agujero en un bloque de poliestireno expandido y una taza grande de agua en el horno al mismo tiempo para que la mayor parte de la energía de microondas tenga en algún lugar más para ir). Para esto último, necesitará un termómetro completamente no metálico que no absorba significativamente las microondas y que lea muy por encima de 100 ° C, lo que podría ser una investigación interesante en sí misma. Supongo que el queso alcanzará unos grados por encima de los 100 ° C.



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