thumb|255x255px|Forno micro-ondas com porta aberta, detalhe de seu prato de vidro giratório no interior do aparelho O forno de micro-ondas (também conhecido como forno micro-ondas ou simplesmente micro-ondas) é um eletrodoméstico utilizado principalmente na cozinha e que permite a preparação ou aquecimento rápido de alimentos.
O forno de micro-ondas tem como princípio de funcionamento o uso de radiação eletromagnética em sua parcela que compreende o espectro das micro-ondas por meio do funcionamento de um magnetron. A explicação comum para o aquecimento dos alimentos por meio do fenômeno de ressonância está errada. Origem e história thumb|left|Forno de micro-ondas do navio NS Savannah de 1961. A ideia de usar micro-ondas para cozinhar alimentos foi descoberta por Percy Spencer que trabalhava na empresa Raytheon, fabricando magnetrons para aparelhos de radar. Diz que um dia estava dirigindo com seu carro e passou num aparelho de radar ativo quando observou uma sensação repentina e estranha, e viu que uma barra de chocolate que carregava no bolso tinha derretido. Percy não era nenhum estranho às descobertas e experiências, devido ao seu suporte a 120 patentes e entendeu perfeitamente o que havia acontecido. O primeiro alimento a ser cozido deliberadamente com micro-ondas foi a pipoca e o segundo um ovo, que cozinhou de dentro para fora e explodiu devido à pressão.
Em 1945 a empresa Raytheon patenteou o processo de cozinhar por micro-ondas e em 1947, construíram o primeiro forno de micro-ondas comercial, o Radarange. Tinha 1,70 m de altura e pesava 340 kg. Era arrefecido a água e produzia 3000 watts, aproximadamente três vezes a quantidade de radiação produzida por fornos de micro-ondas atuais.
Funcionamento geral
thumb|Visão frontal de um forno de micro-ondas moderno A energia elétrica, na forma de uma corrente alternada (alta e baixa tensão) é transformada em corrente contínua por intermédio de um circuito formado por um transformador, diodos e capacitores.
A corrente que chega do transformador através do triplicador serve para alimentar o magnetron.
O magnetron Composição
thumb|Um Magnetron (com a caixa removida). O magnetron é constituído por um ânodo cilíndrico, composto de cavidades, podem ter formas diferentes de acordo com o magnetron considerado.
Funcionamento Um campo elétrico contínuo é aplicado entre o ânodo e o cátodo. Este campo tem uma tensão de ordem de vários kV (cerca de 4000 V), para um espaço de ação de alguns milímetros. Os elétrons liberados pelo cátodo são acelerados pelo campo elétrico contínuo. Na ausência de ímãs, os elétrons iriam diretamente ao ânodo. Graças ao campo criado pelos dois ímãs perpendiculares ao eixo ânodo/cátodo, obtém-se um movimento circular em torno do cátodo, com trajetórias semelhantes a cicloides.
Considera-se que cada elétron é animado por uma velocidade v. O campo magnético cria, com a nuvem eletrônica, uma força de Laplace que serve para acelerar as ondas. Estas cargas que fluem entre o ânodo e o cátodo entrarão em interação com as cavidades ressonantes do bloco anódico que se torna o apoio das oscilações eletromagnéticas.
Como podemos ver, tendo em conta o exposto acima, a radiação eletromagnética deve-se à vibração dos elétrons nas cavidades ressonantes. Maxwell, em 1865, fez um estudo sobre os fenômenos elétricos e magnéticos chegando às "equações de Maxwell", chegando graças a estas a mostrar que um campo elétrico variável produz um campo magnético variável inverso. As dimensões destas cavidades são calculadas para que as ondas tenham uma freqüência de 2450MHz. Uma parte destas ondas é encaminhada para o guia de ondas ou antena, graças a diversos meios de acoplamento. O guia de onda transmite estas pela cavidade do forno, onde vão permitir cozer os alimentos.
Ação das micro-ondas sobre as moléculas de água thumb|Forno de micro-ondas de cor prateada A molécula de água, H2O, é formada por um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Ela é bipolar, o que significa que o baricentro das cargas negativas e o das cargas positivas não coincidem. Isto se deve ao fato do átomo de oxigênio ter maior eletronegatividade que o hidrogênio.
Quando sujeita a uma radiação, a molécula de água absorve a energia das ondas eletromagnéticas se estas têm uma frequência que limita as das micro-ondas (2450MHz). Esta absorção traduz-se numa rotação da molécula de água.
As moléculas de água de um alimento em estado normal estão em desordem: não respeitam nenhuma ordem de orientação específica. Mas quando sujeitas a um campo elétrico contínuo os pólos negativos das moléculas de água têm tendência a orientar-se em direção a este último.
Quando sujeitas às micro-ondas, as moléculas de água do alimento orientam-se em direção do campo elétrico que compõe estas ondas. Este campo, ao ser alternado, faz com que os pólos se orientem sucessivamente num sentido e seguidamente no outro, o que resulta em várias mudanças de orientação (cerca de 2 450 000 000 vezes num segundo) ao mesmo ritmo que a onda que oscila 2 450 000 000 vezes por segundo.
As fricções entre as moléculas de água criadas por este grande número de rotações libertam calor. Após esta liberação de calor, este se transmite às diferentes camadas do alimento por indução e reaquecimento assim a uma parte do alimento. A quantidade de água não repartida da mesma maneira no alimento faz com que certas partes do alimento fiquem mais ou menos quentes que outras. Mas quando há liberação de calor das moléculas de água, têm tendência a passar do estado líquido ao estado gasoso, o volume de vapor assim produzido não pode necessariamente ser contido no alimento e é por isso que certos alimentos explodem.
A molécula de água não é a única a vibrar na presença de micro-ondas, há também os açúcares e as gorduras. Mas o que faz com que a molécula de água seja a única a desempenhar um papel na liberação de calor é a sua dimensão: é a única que é bipolar e que pode girar graças à sua pequena dimensão.
Penetração das ondas no interior do alimento A penetração das ondas nos alimentos difere em função deste, da sua concentração e composição. Quando um alimento é sujeito a uma radiação de micro-ondas, ele tem tendência a rejeitar uma parte das ondas e armazenar outra parte delas. A parte absorvida é chamada de energia calorífica e é graças a ela que o alimento aquece. A parte rejeitada é chamada de onda refletida. Para evitar que certas partes do alimento sejam queimadas ou outras fiquem frias é necessário que a distribuição das ondas seja a mesma em todas as zonas do alimento. Para este efeito as paredes da cavidade fazem refletir as ondas e o prato em rotação permite a distribuição homogênea das ondas ao alimento.
O cozimento do alimento em relação ao magnetron Quando há radiação, as moléculas de água movem-se e ocorre uma libertação de calor, mas esta libertação de calor é sentida apenas no final da radiação. Ou seja, durante a radiação, o calor é gerado graças às fricções, mas esta libertação nunca é dispersada no alimento. Em contrapartida se a radiação for interrompida alguns momentos e retomada, constata-se uma liberação de calor durante a interrupção, que dura ainda alguns momentos após a retomada. É por isso que num forno micro-ondas o magnetron funciona apenas por ciclos. Resumidamente, produz-se bastante micro-ondas para agitar as moléculas durante certo tempo, durante o qual o alimento é aquecido, e em seguida continua até ao final do tempo programado. Em geral numa duração de um minuto o magnetron trabalha durante quatro ciclos de 7,5 segundos.
Características do aquecimento Os fornos de micro-ondas produzem calor diretamente nos alimentos, mas apesar do equívoco comum de que os alimentos cozidos no micro-ondas cozinham de dentro para fora, as micro-ondas de 2,45 GHz só conseguem penetrar aproximadamente 1 centímetro (0,39 pol.) na maioria dos alimentos. As porções internas dos alimentos mais espessos são aquecidas principalmente pelo calor conduzido a partir de 1 centímetro externo (0,39 pol.).
O aquecimento desigual em alimentos cozidos no micro-ondas pode ser parcialmente devido à distribuição desigual da energia das micro-ondas dentro do forno e, em parte, devido às diferentes taxas de absorção de energia em diferentes partes dos alimentos. O primeiro problema é reduzido por um agitador, uma espécie de ventilador que reflete a energia das micro-ondas para diferentes partes do forno à medida que ele gira, ou por um prato giratório ou carrossel que gira os alimentos; os pratos giratórios, entretanto, ainda podem deixar manchas, como o centro do forno, que recebem distribuição desigual de energia. A localização de pontos mortos e pontos quentes em um forno de micro-ondas pode ser mapeada colocando um pedaço de papel térmico úmido no forno.
Quando o papel saturado com água é submetido à radiação de micro-ondas, ele fica quente o suficiente para fazer com que o corante fique escurecido, o que pode fornecer uma representação visual das micro-ondas. Se múltiplas camadas de papel forem construídas no forno com uma distância suficiente entre elas, um mapa tridimensional poderá ser criado. Muitos recibos de lojas são impressos em papel térmico, o que permite que isso seja feito facilmente em casa.
O segundo problema é devido à composição e geometria dos alimentos, e deve ser resolvido pelo cozinheiro, organizando os alimentos de forma que absorvam energia uniformemente e testando e protegendo periodicamente quaisquer partes dos alimentos que superaqueçam. Em alguns materiais com baixa condutividade térmica, onde a constante dielétrica aumenta com a temperatura, o aquecimento por micro-ondas pode causar fuga térmica localizada. Sob certas condições, o vidro pode apresentar fuga térmica em um forno de micro-ondas até o ponto de fusão.
Devido a este fenómeno, os fornos micro-ondas regulados para níveis de potência demasiado elevados podem até começar a cozinhar as bordas dos alimentos congelados enquanto o interior dos alimentos permanece congelado. Outro caso de aquecimento desigual pode ser observado em produtos de panificação contendo frutas vermelhas. Nestes itens, os bagos absorvem mais energia do que o pão mais seco que envolve o pão e não conseguem dissipar o calor devido à baixa condutividade térmica do pão. Frequentemente, isso resulta no superaquecimento dos frutos em relação ao resto da comida. As configurações de “descongelamento” do forno usam níveis baixos de potência ou desligam e ligam repetidamente - projetadas para permitir que o calor seja conduzido dentro dos alimentos congelados, de áreas que absorvem o calor mais facilmente para aquelas que aquecem mais lentamente. Em fornos equipados com prato giratório, um aquecimento mais uniforme pode ocorrer colocando os alimentos descentralizados na bandeja do prato giratório, em vez de exatamente no centro, pois isso resulta em um aquecimento mais uniforme dos alimentos.
Existem fornos de micro-ondas no mercado que permitem o descongelamento na potência máxima. Eles fazem isso explorando as propriedades dos modos LSM de radiação eletromagnética. O degelo com potência total do LSM pode, na verdade, alcançar resultados mais uniformes do que o degelo lento.