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Aquecimento da água no micro-ondas NÃO se dá por ressonância!

Afinal, como acontece o aquecimento da água por micro-ondas? Não é por ressonância?

Respondido por: Prof. Felipe G. Ben - Prof de Física e doutorando do IF-UFRGS

É um equívoco bastante comum e amplamente divulgado que o forno de micro-ondas aquece os alimentos através da ressonância das moléculas de água presentes no alimento. Uma rápida pesquisa na internet sobre o forno de micro-ondas e a água já retorna vários resultados [links] com uma explicação incorreta, em geral afirmando que as ondas eletromagnéticas produzidas no forno agitam as moléculas de água presentes dentro do alimento em uma de suas frequências de ressonância. Esta ressonância que seria responsável por fazer as moléculas de água terem uma grande agitação, que é então transmitida para o resto do alimento (aumentando a temperatura).

A realidade, contudo, é que as ondas de micro-ondas estão bem abaixo das frequências de ressonância para a água, que acontecem acima de 1THz, principalmente na região do infravermelho. Você pode ver com seus próprios olhos: a figura abaixo apresenta, em azul, a absorção de ondas de micro-ondas pela água líquida. A linha vertical preta marca a frequência utilizada pelos fornos de micro-ondas (micro-ondas em geral operam na frequência de 2.450.000.000 ciclos por segundo, ou 2,45 GHz), e é possível reparar que não há nada de especial nessa frequência – inclusive frequências maiores seriam mais absorvidas (o que não é desejável por motivo a ser exposto a seguir).

A forma como o micro-ondas aquece os alimentos na realidade é um fenômeno conhecido como aquecimento dielétrico. Uma molécula polar, como a água, quando inserida em um campo elétrico tende a girar de maneira a se alinhar com o campo. Quando o campo elétrico inverte o seu sentido periodicamente, como nas ondas eletromagnéticas produzidas pelo forno, as moléculas giram em sentido alternado em busca de se realinhar com o campo. Este fenômeno acontece para toda uma faixa de frequências e não requer uma ressonância para acontecer. Desta forma, as ondas de micro-ondas provocam rotação das moléculas de água, que ao girar “raspam” nas moléculas vizinhas transferindo energia e aumentando sua agitação. Essa transferência de energia que resulta no aquecimento do alimento. O fenômeno não é exclusivo da água e pode acontecer com outras moléculas que apresentam momento de dipolo elétrico, mas em geral de maneira menos pronunciada.

A frequência de 2,45 GHz que é utilizada por padrão nos fornos é apenas um bom valor intermediário que resulta numa boa absorção e não interfere em telecomunicações, mas não apresenta nada de especial e outros valores poderiam ser utilizados no micro-ondas. Uma frequência que seja absorvida de maneira muito mais acentuada, ou de ressonância, seria inclusive indesejada, uma vez que uma absorção muito grande poderia fazer com que toda a energia seja absorvida logo nas camadas mais externas do alimento, resultando em um alimento queimado por fora mas gelado por dentro.

Sites com explicações incorretas sobre o funcionamento do micro-ondas:

https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-funciona-o-forno-de-microondas/
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/forno-microondas.htm
http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/conteudo/se-quiser-saber-mais-sobre-o-forno-microondas-e-seu-funcionamento/
https://www.blogdovestibular.com/questoes/questao-comentada-ondas-enem-2011.html
https://www.ecycle.com.br/component/content/article/6-atitude/575-microondas-funcionamento-impactos-e-descarte.html

FONTES:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/39/1/006
http://wtamu.edu/~cbaird/sq/2014/10/15/why-are-the-microwaves-in-a-microwave-oven-tuned-to-water/
http://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Wave%20properties/Wave%20properties/text/Microwave_ovens/index.html
http://www1.lsbu.ac.uk/water/microwave_water.html#pen
https://books.google.com.br/books?id=MLzPNpJQz9UC&redir_esc=y
https://web.archive.org/web/20131017005928/http://www.howeverythingworks.org/page1.php?QNum=1456

Outras postagens sobre Água e micro-ondas.

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COMENTÁRIO: Prof. Sergio Severo comentou: “Minha tese de doutorado no PPGEE -UFRGS, intitulada “Aquametria por micro-ondas”, detalha o assunto. Está disponível no repositório da UFRGS: LUME. Quem se interessar pelo assunto fique à vontade para me contatar. Em tempo…foi uma luta para vencer o mito da “ressonância” ?”


44 comentários em “Aquecimento da água no micro-ondas NÃO se dá por ressonância!

  1. Lucas Lucena disse:

    Olá, prof. Felipe.

    Uma dúvida me surgiu nesse trecho:
    “as ondas de micro-ondas provocam rotação das moléculas de água, que ao girar “raspam” nas moléculas vizinhas transferindo energia e aumentando sua agitação. Essa transferência de energia que resulta no aquecimento do alimento”

    Qual seria, então, a explicação para a parte mais interna (central) do alimento ficar com uma temperatura menor? A transferência de calor não deveria se dar de maneira mais ou menos uniforme no aquecimento dielétrico? A explicação por ressonância associava esse fato a posição de um nó na região central do microondas e me parecia, até ontem, uma explicação convincente.

    Grato desde já,
    Um abraço.

    • Fernando Lang disse:

      A intensidade da radiação de micro-ondas ao penetrar na matéria decai exponencialmente com a distância de penetração. Então o aquecimento dos alimentos não é uniforme: quanto mais espesso for o corpo irradiado, tanto menos aquece no interior. Para mais detalhes vide Microwave Technology | Penetration Depths.

      • Lucas Lucena disse:

        Professor, entendi porque o aquecimento não é uniforme devido a distância de penetração, mas se o aquecimento não se dá por ressonância, como explicar esse experimento com a barra de chocolate? Isso, de fato, acontece?
        http://www.hojeaprendi.com.br/2014/08/05/chocolate-e-micro-ondas-servem-para-calcular-velocidade-da-luz/

        Grato.

        • Fernando Lang disse:

          Este experimento é real e funciona. A formação de uma onda estacionária dentro do forno decorre de que a onda refletida pela parede retorna e é superposta com a onda que se propaga em direção à parede. O chocolate apenas serve como detector das ondas estacionárias que no interior do forno se formam. Mesmo que não existisse mais nada no forno, a onda estacionária se estabeleceria. Portanto este é um belo exemplo de ressonância de uma cavidade.

      • Cleilson Coutinho da Silva disse:

        Bom dia professor Fernando Lang!
        Primeiro destaco a excelência do seu trabalho no ensino da Física.
        Fazemos parte de um grupo algo m comum (somente Física).

        Em relação ao seu comentário onde expõe sobre a espessura do alimento quanto ao aquecimento não uniforme.

        Lembrei de um comercial que a bandeja do alimento auxilia no aquecimento uniforme. (Se não me engano, da Seara).

        Esse tipo de bandeja realmente influência no aquecimento uniforme?

  2. Marcos disse:

    Como isso explica que o alimento também torra no microondas? ou seja, continua aquecendo mesmo sem agua… é por que há outras polecular polares que continuam a girar?

  3. Não sei se sei o que não sei disse:

    Cara, isso dai ta confuso. A agua não tem o espectro de absorção rotacional compativel com a frequencia prodizida do microondas? O fenomeno de absorção dessa onda eletromagnetica não é uma ressonancia? Não ocorre acoplamento do momento de dipolo da agua com o campo magnetico atraves de uma ressonancia?

    https://en.wikipedia.org/wiki/Rotational_spectroscopy

    • Fernando Lang disse:

      O Prof. Felipe G. Ben respondeu:
      Vapor de água tem um espectro de absorção rotacional no infravermelho, caracterizado por um número bem grande de transições em função da baixa simetria da molécula. No caso de água líquida o espectro se estende para a região do micro-ondas e se torna largo e contínuo, o que no caso da frequência utilizada pelo forno de micro-ondas não resulta em um máximo que seria característico de uma ressonância. Na água líquida a absorção nessa região está relacionada com mudanças na configuração das pontes de hidrogênio, mas confesso que não sei os detalhes. No link https://en.m.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_absorption_by_water você pode conferir os gráficos e nas referências citadas ali algumas explicações mais detalhadas – recomendo a ref. 24

  4. Edson Luiz Ribeiro disse:

    Isso quer dizer que qualquer outra substância polar sofreria aquecimento? E apolares, não?

  5. Rodrigo disse:

    Texto muito interessante, parabéns. Eu sempre achei que o fenômeno ocorresse por ressonância. Porém agora fiquei com outra dúvida devido a esta parte do texto: “… resulta numa boa absorção e não interfere em telecomunicações…”. Esse trecho deu a entender que há “vazamentos” da radiação para fora do forno, já que causa interferência. Essa radiação que parece sair, pode causar algum malefício aos seres humanos?

    • Fernando Lang disse:

      Um pouco de radiação pode ser emitida para fora do forno e então não haverá problemas com as telecomunicações. Se houver vazamento intenso de um forno o efeito notório imediato é o aquecimento de corpos próximos ao forno e isto é indesejável, somente acontecendo por um grave defeito do aparelho.
      Na verdade estamos banhados por radiação na faixa de micro-ondas devido a todas as tecnologias de telecomunicações. Entretanto a radiação na faixa de micro-ondas não é ionizante como outras radiações sabidamente nocivas aos seres vivos (radiação ultra-violeta e de frequência mais alta).
      Há algumas evidências não conclusivas sobre a nocividade das radiações de micro-ondas oriundas de antenas de telecomunicações.

  6. Augusto Viano disse:

    Isso significa que a comida aquecida no micro-ondas não é perigosa como se tem propalado por ai?

    • Fernando Lang disse:

      A questão possui no seu enunciado uma afirmação errônea, qual seja a de que o mecanismo de absorção da radiação de micro-ondas seja a ressonância. Para responder a questão este equívoco é inócuo.

  7. Roerto Brandão Seabra disse:

    Este efeito de absorção da RF na agua no microondas – aquecimento dielétrico – seria o mesmo fenomeno da absorção da RF na banda Ku pelas nuvens e chuvas ?

  8. Danniel Martins disse:

    Então, uma torre de celular aquece toda corpo aquoso ao seu redor? Uma lago próximo vai estar quente?

  9. Edson M Kakuno disse:

    Prezados,

    Parabéns pelo artigo! Me parece que a referencia (http://www1.lsbu.ac.uk/water/microwave_water.html#pen
    ) citada, mostra o motivo da escolha de 2450 MHz: Para a água salgada (i.e. alimentos, tipo bife) esta frequência é muito absorvida próxima de 100 C e menos absorvida a 0 C. Portanto para a comida fria, a radiação penetra mais e a medida que vai aquecendo, esta é mais absorvida na superfície. A água pura apresenta comportamento inverso.

  10. Alexandre disse:

    Se não ocorre aquecimento da água por ressonância mas sim pelas oscilações das moléculas de água devido a oscilação do campo eletromagnético da onda, outro tipo de onda eletromagnético como luz, rai-x, etc também poderia ser usada para produzir o mesmo efeito?

    • Fernando Lang disse:

      Nos fornos convencionais aquecimento é realizado com radiação infravermelha. A radiação solar, na sua maior parte na faixa do visível, tem notórios efeitos térmicos. As radiações com frequências acima da visível, ao interagirem com a matéria, podem ter outros efeitos, por exemplo ionizantes.

  11. Lucas disse:

    Se eu substituísse a radiação das microondas pela radiação azul, por exemplo, o efeito seria o mesmo?

    • Fernando Lang disse:

      É possível aquecer água com outras radiações eletromagnéticas. Por exemplo, em um forno convencional o aquecimento é realizado com infravermelho. Uma piscina ao ar livre tem a sua água aquecida com radiação visível.

    • Lucas, o fenômeno da “relaxação dielétrica”, responsável pelo aquecimento da molécula de água , ocorre de forma pronunciada entre 1 GHz e até 100 GHz, com alguma dependência da temperatura. Em outras frequências de ondas eletromagnéticas o fenômeno é outro. Nessas frequências a permissividade é modelada como um número complexo. A parte imaginária representa as perdas. O valor pode chegar a quase metade da parte real. Ou seja, metade da energia é armazenada e metade transformada em calor.

  12. Edinara disse:

    Olá. Comparando um forno microondas e uma antena de telecomunicações. Entendi que a intensidade das ondas são diferentes, por isso as antenas não aquecem os corpos próximos, é isso mesmo? No forno de microondas a intensidade das ondas seria maior devido ao efeito de ressonância nas paredes do forno? Esse efeito de ressonância depende do tamanho do forno? Essa ressonância aumenta a amplitude das ondas, e por isso aumenta a intensidade? Grata.

  13. Carlos disse:

    Dielétrico está associado a isolante elétrico. Quando cita aquecimento dielétrico, tem algo relacionado?

  14. ALEJANDRO JAVIER ALEGRE REYES disse:

    Por que o reator de micro-ondas mantém uma dimensão quase padrão, existe uma relação matemática para aquelo?, a outra duvida, como posso calcular a distância de propagação efetiva daqueles 2,45 GHz, é disser à quantos metros depois essa amplitude diminui?

    • Alejandro,
      As dimensões da cavidade (a caixa do forno) são cuidadosamente calculadas. Isso porque é preciso transferir a energia do magnetron (a válvula que gera as micro-ondas) totalmente para ela. As dimensões e o ponto onde o magnetron é conectado determina se essa transferência vai se dar. Isso chamamos de “casamento de impedância”.
      Agora, se quiseres transferir as micro-ondas para o espaço livre terás de projetar uma antena adequada. O alcance irá depender da capacidade dela de concentrar a energia em uma só direção (sua diretividade). A potência irradiada irá decair com o inverso do quadrado da distância.

  15. Maurício disse:

    Nossa, eu aprendi na escola que era por ressonância entre a frequência da micro-onda e as moléculas de água, que era cerca de 2,4 GHz. Lembro até hoje que foi em uma excursão na Poli. Um professor da USP demonstrou isso, mostrando que era semelhante ao que acontece com um diapasão. Então isso não é verdade?

  16. Adilson Enio Pierog disse:

    Em “Sites com explicações incorretas sobre o funcionamento do micro-ondas:” O link para http://www.ufjf.br/fisicaecidadania/conteudo/se-quiser-saber-mais-sobre-o-forno-microondas-e-seu-funcionamento/ está quebrado.

  17. LENITA MARIA STANKIEWICZ disse:

    Desculpe se minha pergunta é impertinente ao assunto, mas como seu conhecimento é profundo quem sabe possa me responder. Tenho aquecido leite em canecas de cerâmica e com o passar do tempo, mesmo para a mesma quantidade de líquido, mesmo tempo e mesma potência está ocorrendo um aquecimento exagerado da caneca, a ponto de ter que usar um pano para pegar na mesma. Mudei para outra caneca igual e está acontecendo a mesma coisa. No início (cerca de 2 semanas atrás) aquecia normalmente mas agora a cada dia fica mais quente a caneca a ponto de ter que mudar para outra (o leite continua na temperatura ideal).

  18. Andiara Cardoso disse:

    Se elas “raspam” uma nas outras, então o aquecimento termodinâmico não é por transferência de calor e sim por trabalho realizado, tal como esfregamos as mãos uma nas outras e há aquecimento por atrito?

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