Может ли картофель загореться через 10 минут пребывания в микроволновой печи?

Да! Это вполне возможно! Я только что разогрел картошку в микроволновке, и она внутри вся красная, как угольный брикет!!!

Я почувствовал, что здесь нужен ответ с точки зрения физики.

Вкратце: это маловероятно, но возможно — нам придётся сделать несколько нереалистичных допущений, чтобы это сработало для картофеля разумного размера

Рассмотрим однородный сферический картофель в вакууме*:

Согласно Википедии, картофель на 79 % состоит из воды, на 17 % из углеводов (в основном крахмала), на 2 % из белков и на 2 % из клетчатки. Цифры, которые я видел в других источниках, отличаются на несколько процентов, поэтому мы можем упростить формулу до 80 % воды и 20 % крахмала (термические свойства продуктов, богатых белками и клетчаткой, близки к свойствам чистого крахмала, поэтому мы можем рассматривать их как одно и то же).

Удельная теплоёмкость воды составляет 4,3 кДж/кг/°C, а крахмала — 1,75 кДж/кг/°C. Это означает, что удельная теплоёмкость нашего модельного картофеля составляет 3,7 кДж/кг/°C (реальное измеренное значение немного ниже — 3,43 кДж/кг/°C, но, как мы увидим, вода оказывает наибольшее влияние на результаты).

Сначала рассчитаем количество тепловой энергии, необходимое для того, чтобы довести картофель до температуры кипения воды (100 °C), при условии, что начальная температура составляет 20 °C (комнатная температура), а вес картофеля — 0,2 кг (чуть меньше полуфунта, то есть небольшой картофель в мундире). 0,2 × 80 × 3,7 = 59,2 кДж. 1 кДж — это 1 кВт в течение 1 с, поэтому микроволновая печь мощностью 1 кВт со 100%-ным КПД нагреет картофель до температуры кипения примерно за 1 минуту. Это происходит значительно быстрее, чем можно было бы ожидать, по нескольким причинам, и нам это знакомо:

• Микроволны не проникают в центр, поэтому большая часть картофеля нагревается только за счёт теплопроводности.


• Пока это происходит, горячая поверхность отдаёт тепло окружающей среде посредством конвекции, теплопроводности и излучения.


• Микроволновые печи не на 100 % эффективно передают заявленную мощность на продукты, хотя на удивление сложно получить данные о потерях.

Когда температура картофеля достигнет 100 °C, она перестанет повышаться. Вместо этого тепло будет уходить на испарение содержащейся в картофеле воды. Скрытая теплота парообразования воды составляет 2300 кДж/кг, или 460 кДж для нашего картофеля. Это почти ещё 8 минут (всего 9 минут) при мощности 1 кВт, прежде чем мы сможем нагреть картофель выше 100 °C, выпарив всю воду (я предполагаю, что картофель изотермичен, что, конечно, не так, но временные рамки достаточно велики для значительного теплообмена).

Как только мы выпарим всю воду, можно начинать нагревать оставшийся сушёный картофель (крахмал). У нас осталось всего 20 % массы (то есть 0,04 кг крахмала, удельная теплоёмкость которого составляет 1,75 кДж/кг/°C). Красный жар — это как минимум около 700 °C (для стали, но картофель обуглится до углерода при более низких температурах, а углерод должен быть достаточно близок к стали). Для дополнительного повышения температуры на 600 °C потребуется ещё 600 × 0,04 × 1,75 = 42 кДж энергии, или 42 секунды.

Таким образом, можно разогреть 200 г картофеля в микроволновке за 10 минут, но только если мы:

• пренебрегаем всеми тепловыми потерями (кроме тех, что связаны с испарением воды), которые были бы значительными. Я не буду вдаваться в подробности, но площадь поверхности картофеля составляет 154 см², и он излучает всего 12 Вт при температуре 100 °C, но 168 Вт при температуре 400 °C (чуть ниже температуры самовоспламенения, что составляет значительную часть потребляемой мощности). Пластина/поворотный стол отводят часть тепла за счёт теплопроводности, и мы не можем полностью пренебречь конвекцией (но это сложно, поэтому мы предполагаем, что находимся в вакууме).


• Предположим, что КПД микроволновой печи равен 100 %.

С другой стороны, мы предполагаем, что при сгорании энергия не выделяется, и если нам удастся нагреть сухой крахмал до температуры самовоспламенения 410 °C (Википедия), он сгорит, выделив довольно много тепла (теплота сгорания крахмала составляет 17,5 МДж/кг, но большая часть этого тепла теряется в картофеле).

Ещё один фактор, повышающий вероятность подгорания, заключается в том, что нам не нужно доводить весь картофель до полного высыхания, прежде чем он начнёт подгорать. Это означает, что большая часть тепла, выделяемого при подгорании части картофеля, используется для нагрева остальной части. Это было бы особенно интересно, если бы поворотный стол в микроволновой печи заклинило или если бы на каком-то участке выделялось значительно больше тепла, чем на остальных. Аналогичный эффект могли бы вызвать проводящие (например, металлические) частицы на картофеле, так как они привели бы к сильному нагреву небольшого участка. Это не совсем соответствует равномерному подгоранию, показанному на фотографии.

Тем, кто интересуется физикой, возможно, будет интересно ознакомиться с «Тепловыми свойствами картофеля», Т. Ямада, 1970. Статья на японском языке с аннотацией на английском, но на рисунках чётко показаны удельная теплоёмкость и теплопроводность. Одномерная тепловая модель была бы интересной задачей для студентов, изучающих физику.

* Не является строго обязательным, но в данном случае это разумное упрощение — а нам, физикам, так редко выпадает шанс следовать этому стереотипу.

Вчера вечером я приготовил картофель среднего размера в микроволновой печи Samsung на интеллектуальном режиме «Картофель». Блюдо загорелось, огонь перекинулся на внутреннюю поверхность печи, и она расплавилась. Теперь она вообще не работает

«Всё должно быть в порядке» — это как сказать: «Ну, вероятность того, что что-то пойдёт не так, очень мала». Я понятия не имею, какова эта вероятность, но да, такое возможно.

Я много раз разогревал картофель в микроволновке, а потом произошёл довольно странный случай, который я описал в другом вопросе о разогреве картофеля в микроволновке и приложил ссылки на другие случаи, когда люди упоминали, что с ними такое случалось.

С тех пор у меня было несколько лет, чтобы обдумать произошедшее, и я могу предположить несколько вариантов, помимо того, что я упомянул изначально:

• Я не знаю, сколько лет было картофелинам. Возможно, они были старыми и немного подсохшими.


• Я был в полусонном состоянии и, возможно, не проткнул их несколько раз. Не знаю, могло ли это привести к тому, что кожура отделилась от мякоти картофеля, высохла и загорелась.

10 минут на высокой мощности будет достаточно для картофеля среднего или крупного размера. Полагаю, он может подгореть, если это очень маленький картофель или если он сильно обезвожен. Я бы ожидал, что он начнёт сильно дымить, прежде чем загорится, так что вы, скорее всего, заметите, что что-то идёт не так, прежде чем вам понадобится огнетушитель.