Horno microondas: por qué no se debe meter al gato

Daniel Sebastián de Erice / 17-07-2003

Teléfonos móviles, ordenadores, Internet, GPS, microondas, bicicletas, televisores de plasma, grifos monomando… Vivimos rodeados de aparatos, máquinas e instrumentos cuyo funcionamiento es un misterio para nosotros. Las leyes físicas por las cuales estos utensilios son útiles en nuestra vida diaria nos son desconocidas. Desmontar uno de estos cacharros es entrar en un mundo inexplorado de cables, microchips, enchufes… Poca gente se pregunta cómo llega hasta nosotros la voz de un amigo que se encuentra al otro lado del mundo si no hay un cable que nos conecte; de dónde sale la música en un disco compacto; o, simplemente, por qué no nos caemos de la bici cuando está en movimiento, y sí cuando está parada...

La ciencia y, sobre todo, la tecnología se alejan cada vez más de la gente corriente. Parece imposible conocer los porqués de las cosas; sin embargo, sus fundamentos pueden ser explicados de una manera inteligible.

Pongamos por ejemplo el microondas, un aparato presente en la mayoría de las cocinas que, como por arte de magia, calienta en un par de minutos un vaso de leche y descongela un trozo de carne sin cocinarlo.

La primera pregunta no es científica sino etimológica. ¿De dónde procede la palabra microondas?

Una onda es una perturbación que se propaga en un medio material, sea sólido, líquido o gaseoso. Las ondas presentes en un microondas pertenecen al espectro electromagnético. Es decir, son oscilaciones (elevaciones y depresiones) de un campo eléctrico y otro magnético que se desplazan en el espacio; exactamente igual que la luz visible (los colores del arco iris), los rayos X (con los que se hacen las radiografías) o las ondas de radio (que se desplazan desde la antena de la emisora hasta nuestro aparato receptor para que podamos escuchar las noticias).

La única diferencia física entre todos estos tipos de radiación es su longitud de onda, que es la distancia entre dos elevaciones consecutivas. El conjunto de todas las ondas electromagnéticas de las distintas longitudes de onda forma el espectro electromagnético. En las microondas, micro (que significa “muy pequeño”) se refiere a una longitud de onda pequeña.

Para todas las ondas, al igual que para la luz, hay materiales transparentes (las dejan pasar), traslúcidos (las deforman cuando los atraviesan) y opacos (les impiden el paso). Un material transparente para una determinada longitud de onda puede no serlo para otra. Por ejemplo, los tejidos del cuerpo humano son opacos a la luz visible pero transparentes a los rayos X que, en cambio, no pueden atravesar los huesos; por eso se utiliza este tipo de onda en las radiografías.

Sin embargo, una caja de metal es opaca para cualquier longitud de onda. Por muchas ondas que haya fuera ninguna podrá entrar en la caja y viceversa. Este fenómeno, conocido como la jaula de Faraday, se puede comprobar envolviendo un aparato de radio en papel de aluminio. Dejamos de oír la radio porque las ondas electromagnéticas que recibe de la emisora no pueden entrar dentro de la caja construida con papel de aluminio.

Lo mismo pasa con un teléfono móvil. Envuelto en papel de aluminio se queda mágicamente sin cobertura. Esto es debido a que los teléfonos móviles también se comunican utilizando ondas electromagnéticas.

Pero, ¿qué ocurre si hay agujeros en la caja? Para verlo podemos utilizar el interior de un microondas, que es una caja metálica con agujeros en la puerta de aproximadamente un milímetro de diámetro. Si introducimos una radio en el interior de un microondas y cerramos la puerta no se oye, igual que con el papel de aluminio; sin embargo, el móvil mantiene la cobertura. Esto es debido a que una onda no puede atravesar un agujero si éste es del mismo orden de magnitud o menor que su longitud de onda.

El tamaño de los agujeros de las puertas de los microondas es del orden de magnitud de la longitud de onda de las microondas que se utilizan para cocinar los alimentos (12,5 cm) para que éstas no puedan salir fuera de la caja del aparato. No debería ser peligroso pasearse cerca de un microondas en funcionamiento porque, siempre que la puerta esté bien cerrada, todas las ondas se quedan dentro.

Las ondas de radio tienen una longitud de onda de aproximadamente un metro y, por esto, los agujeros de la puerta del horno microondas son demasiado pequeños para que los atraviesen. En cambio, en el interior de un coche (otra caja metálica con agujeros: las ventanas) sí pueden entrar. Un teléfono móvil también utiliza microondas para comunicarse, pero sigue con cobertura dentro de la caja porque sus ondas son lo suficientemente pequeñas como para atravesar los agujeros de la puerta.

La luz cuya longitud de onda es mucho más pequeña que las microondas, atraviesa la puerta sin dificultad. De esta forma podemos ver el estado de los alimentos que estamos cocinando.

Ahora bien, ¿por qué las microondas calientan los alimentos si ni la luz, ni las ondas de radio, ni los rayos X lo hacen? Lo que hacemos al cocinar es romper algunos enlaces químicos de las moléculas más grandes de los alimentos, las cadenas de proteínas desnaturalizándolas. Al llevar al estómago estas moléculas ya troceadas facilitamos su absorción. Otra razón, más subjetiva, es que los alimentos cocinados tienen una textura más agradable siendo más fáciles de masticar. Y, en el caso de la carne, de separar de los huesos.

Para cocinar, para desnaturalizar las cadenas de proteínas, hay que aportar calor a los alimentos; o lo que es casi lo mismo, aumentar su temperatura.

Pero, ¿qué es la temperatura? Tenemos clara la diferencia entre la sensación de frío y calor y sabemos que no podemos conocer si un cuerpo está caliente o frío sin tocarlo; es decir, la temperatura no es algo que se muestre en el aspecto externo, macroscópico, de los objetos (salvo en algunos casos concretos, como un hierro “al rojo”, o un trozo de carne congelado), sino una propiedad que pertenece a su mundo microscópico.

Efectivamente, la temperatura puede definirse como el estado de movimiento de las partículas (átomos o moléculas) que constituyen un objeto. Cuanto más agitada y rápidamente se muevan mayor será. El cero absoluto de temperatura es el estado en el que todas las partículas están en reposo y la temperatura no puede bajar más (las partículas no pueden moverse más despacio si ya están paradas). Este punto corresponde aproximadamente a 273ºC bajo cero.

Por tanto, para cocinar unas verduras o calentar un vaso de leche hay que conseguir, de una forma u otra, que sus moléculas se muevan a más velocidad. Esto hace un horno microondas con los alimentos, pero de un modo diferente a un horno convencional o al fuego de un quemador.

Hagamos un experimento. Introduzcamos en el horno microondas un vaso vacío (nº 1), un vaso con un poco de agua (nº 2), un vaso con hielo (nº 3), un vaso con un poco de agua y un cubito de hielo (nº 4), un trozo de carne y un fruto seco; y pongamos en marcha el microondas a la máxima potencia durante un minuto. ¿Qué va a ocurrir con el hielo? ¿y con el fruto seco?…

¿Qué cambios de temperatura y estado se han producido en cada uno de los casos?
Evidentemente, el agua del vaso número dos habrá hervido al llegar a la temperatura de ebullición y el vaso estará, por tanto, muy caliente. Sin embargo, el vaso número uno (que estaba vacío), apenas habrá aumentado su temperatura. El trozo de carne, como era previsible, se habrá cocido. ¿Y el fruto seco? Estará a una temperatura ligeramente superior que al principio del experimento pero no se habrá “cocinado”. ¿Tendrá algo que ver el agua en la cocción de los alimentos en un microondas?

Un horno microondas calienta al agitar las moléculas de agua (y de otros compuestos como la grasa). El vidrio del primer vaso, sin agua en su composición, no habrá variado de temperatura (nada lo ha calentado, puesto que el vidrio es transparente a esta radiación), mientras que el agua del segundo vaso habrá incrementado su temperatura hasta hervir, calentando de este modo el vaso (igual que si echamos agua caliente en un recipiente frío). De la misma forma, al contener muy poca agua, el fruto seco apenas se habrá templado, mientras que el trozo de carne se habrá cocido en su propio jugo.

Pero quizás lo más espectacular del experimento es que el cubito de hielo del vaso número tres no se habrá descongelado y, en cambio, el vaso con un poco de agua y un cubito contendrá sólo agua hirviendo.

Para comprender este extraño comportamiento, hay que regresar al mundo microscópico de las moléculas y a las diferencias entre los estados sólido y líquido.

Los átomos o moléculas que constituyen un sólido están fuertemente unidos unos a otros, de forma que no pueden moverse libremente y tienen siempre los mismos vecinos. Podríamos asimilar un sólido a un grupo de personas cogidas fuertemente unas a otras. Cada persona está rodeada siempre por los mismos sujetos y, si se mueve, arrastra a todo el conjunto.

Las moléculas de un líquido están unidas mucho más débilmente, aunque lo suficiente para que permanezcan unidas y no se dispersen, como ocurre con un gas. El modelo sería un grupo de personas moviéndose por una habitación a velocidades y en direcciones distintas, chocando entre ellas... Es decir, en un líquido las partículas no están fijas y pueden moverse unas respecto a las otras para adquirir la forma del recipiente que las contiene.

Entonces, ¿por qué se derritió el hielo del vaso con algo de agua y no el del cubito solo? O, lo que es lo mismo, ¿por qué calienta el microondas el agua en estado líquido y no en estado sólido?

En el primer caso, el microondas agitó de algún modo las moléculas de agua líquida que había en el vaso las cuales, al moverse libremente, chocaron con el hielo traspasándole el calor y aumentando su temperatura hasta que éste se volvió líquido. Luego el microondas siguió calentando el agua hasta el punto de ebullición. Parece claro que el modo de agitar las moléculas del agua líquida por parte del microondas tiene que ser tal que no afecte apenas a las moléculas del hielo, al menos en su aspecto macroscópico.

¿Cómo? Haciéndolas girar. Cuando una de las microondas es absorbida por una molécula de agua, ésta gira. En un líquido, esta molécula giratoria tiene muchas probabilidades de chocar con otra molécula de agua, traspasándole la energía de rotación y consiguiendo que la segunda molécula se agite. Mediante el choque, la energía de rotación de la primera molécula se transformará en energía de traslación en la segunda y, como consecuencia de esta mayor agitación, aumentará la temperatura.

En el caso del agua en estado sólido la molécula giratoria permanece fija, sin chocar con ninguna de sus vecinas. De esta forma, todas las moléculas del hielo podrían estar girando, pero no trasladándose (en un sólido esta traslación se produce en un movimiento vibratorio). Aquí es donde falla el modelo que equipara un sólido a un grupo de personas agarradas: si una gira, hace que todas las demás se muevan, lo que no ocurre en un hielo.

En el hielo, las moléculas no se agitarán y no aumentará la temperatura, aunque si dejáramos pasar el tiempo suficiente, esta energía de rotación de las moléculas se iría transformando poco a poco en energía de traslación por otros mecanismos, de forma que el hielo también se acabaría derritiendo.

Si cocinamos un filete, las moléculas de agua que forman parte de la carne absorben las microondas y giran. Esta energía de rotación se transforma en energía de traslación mediante choques con otras moléculas de la carne produciendo un aumento de la temperatura y, como consecuencia, desnaturalizando las proteínas o, lo que es lo mismo, cocinando la carne. Por eso en un microondas nunca se fríe la comida, sino que siempre se cuece en su propia agua.

Sencillo, ¿verdad?, un horno microondas funciona haciendo girar las moléculas de agua.

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El autor

Daniel Sebastián de Erice es Licenciado en Física y director de escena. Actualmente dirige la empresa de gestión cultural Alioth arte&ciencia y la compañía de teatro científico "Teatro para armar", con la que ganó el premio Focus de puesta en escena en el certamen Ciencia en Acción 2011.

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