Na vida diária, os métodos de aquecimento com os quais estamos familiarizados são principalmente a condução ou convecção de calor. Coloque uma panela de ferro no fogo quente. A energia térmica da chama é primeiro transferida para os átomos de metal no fundo da panela e depois transferida do metal para a superfície do alimento próximo ao fundo da panela. O calor penetra passo a passo no centro dos alimentos. Este mecanismo de aquecimento de fora para dentro geralmente leva muito tempo.

O surgimento dos fornos de microondas derrubou completamente esta lei tradicional da termodinâmica da cozinha. Dentro do forno micro-ondas não há fio de resistência ou chama aberta que gere calor. Seu componente principal é um componente eletrônico chamado magnetron. Quando o magnetron é energizado, ele pode converter energia elétrica em ondas eletromagnéticas de frequência específica, iniciando assim um processo de controle preciso de partículas microscópicas dentro dos alimentos.

A frequência das ondas eletromagnéticas mencionadas aqui é geralmente definida em 2,45 GHz. Nesta frequência específica, as microondas podem penetrar facilmente em recipientes isolantes como vidro, cerâmica e plástico e atingir diretamente os alimentos. Para entender como as ondas eletromagnéticas aquecem os alimentos, devemos nos concentrar no ingrediente mais comum nos alimentos: a água. Do ponto de vista da estrutura química, as moléculas de água são compostas por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio. Como a atração dos átomos de oxigênio pelos elétrons é muito mais forte do que a dos átomos de hidrogênio, a distribuição de elétrons dentro das moléculas de água apresenta um sério desequilíbrio. Os átomos de oxigênio têm uma carga negativa fraca em uma extremidade, enquanto os átomos de hidrogênio têm uma carga positiva fraca em uma extremidade. Tais moléculas com pólos positivos e negativos são definidas na física como moléculas polares.

As moléculas polares têm uma propriedade física extremamente especial, ou seja, como a agulha magnética de uma bússola, elas ajustam automaticamente seu arranjo à medida que a direção do campo eletromagnético externo muda. Como a micro-ondas emitida pelo magnetron é um campo eletromagnético alternado de alta frequência, a direção do seu campo elétrico irá alternar rapidamente 2,45 bilhões de vezes por segundo. As moléculas de água neste campo elétrico oscilante de alta frequência perderam completamente a calma. Eles são forçados a fazer bilhões de voltas e reviravoltas por segundo à medida que a direção do campo elétrico muda descontroladamente.

Nesta dança selvagem do mundo microscópico, inúmeras moléculas de água colidem, comprimem-se e esfregam-se umas nas outras. O princípio da geração de calor por fricção no mundo macroscópico também se aplica aqui. A enorme energia cinética microscópica gerada pelo movimento violento das moléculas de água é rapidamente convertida em energia térmica. Este tipo de calor não penetra lentamente a partir do exterior, mas na verdade explode em torno de cada molécula de água dentro do alimento, conseguindo assim um aquecimento global extremamente eficiente.

É precisamente com base neste mecanismo de aquecimento único que descobriremos que os fornos microondas apresentam grandes diferenças quando confrontados com diferentes materiais. Um pedaço de carne fresca rica em umidade pode ser aquecido até ferver em pouco tempo, mas um pedaço de madeira completamente seco ou uma toalha de papel seca dificilmente aquecerão em um forno de micro-ondas porque não possuem moléculas polares suficientes em seu interior para dançar com o campo eletromagnético.

Por outro lado, se você colocar metal no micro-ondas, a situação se torna extremamente perigosa. Há um grande número de elétrons livres dentro do metal. Ondas eletromagnéticas de alta frequência farão com que esses elétrons livres surjam violentamente na superfície do metal, gerando instantaneamente uma forte corrente de alta frequência e até mesmo ionizando o ar na borda do metal, irrompendo com faíscas deslumbrantes. Em casos graves, o magnetron pode ser destruído ou causar incêndio.

O projeto do forno micro-ondas é um exemplo da aplicação da física moderna à vida cotidiana. Ele aproveita de forma inteligente a fraqueza inerente à polaridade das moléculas de água e usa ondas eletromagnéticas invisíveis para superar as barreiras tradicionais de transferência de calor espacial. Cada vez que pressionamos o botão de partida de um forno de micro-ondas, estamos na verdade testemunhando uma dança febril envolvendo dezenas de bilhões de moléculas de água. As leis eletromagnéticas mais básicas da natureza são transformadas no vapor sobre a mesa.