A. Komponen Microwave oven serta fungsinya

Microwave oven yang sekarang beredar dipasaran sangat banyak bentuknya.

Teknologi yang digunakan juga semakin beragam. Sebuah microwave oven tersusun dari

kompenen-komponen sebagai berikut :

1. Magnetron

Magnetron merupakan bagian inti dari microwave oven, sejenis tabung hampa

penghasil gelombang mikro.Fungsi magnetron adalah memancarkan gelombang mikro

pada microwave. Komponen ini akan mengubah energy listrik menjadi energy radiasi

gelombang mikro. Pada bagian dalam magnetron, electron dipancarkan dari sebuah

terminal central yang disebut katoda. Kutub positif yang disebut anode mengelilingi

katode menarik electron-elektron.

Selama perjalanan pada garis lurus, magnet permanen memaksa electron untuk

bergerak dalam jalur melingkar. Seiring electron-elektron melewati resonansi di dalam

ruang oven, electron-elektron tersebut menghasilkan gelombang medan magnet yang

terus-menerus.

Gambar 2. Skema Magnetron

2. Waveguide

Gambar 1. Waveguide dalam Microwave Oven

Waveguide adalah sebuah komponen yang didesain untuk mengarahkan

gelombang. Untuk tiap jenis gelombang waveguide yang digunakan tidak sama.

Waveguida untuk gelombang mikro dapat dibuat dari bahan konduktor.

3. Microwave stirrer

Gambar 2. Microwave Stirrer

Microwave stirrer adalah komponen yang menyerupai baling-baling yang

digunakan untuk menyebarkan gelombang mikro di dalam microwave oven. Biasanya

dikombinasikan dengan sebuah komponen seperti piringan yang dapat diputar pada

bagian bawah. Kombinasi ini memungkinkan kecepatan tingkat kematangan yang merata

saat memasak.

B. Prinsip Kerja Microwave Oven

Pada gambar skema di bawah menunjukkan sebuah microwave oven dan

komponen-komponennya.

Prinsip kerja dari sebuah microwave oven dalam memanaskan sebuah objek :

1. Arus listrik bolak-balik dengan beda potensial rendah dan arus searah dengan beda

potensial tinggi diubah dalam bentuk arus searah. Pada dasarnya langkah ini

menggunakan transformator penyearah dan filter yang mengubah AC ke DC.

Transformator merupakan komponen electromagnet yang dapat mengubah taraf

tegangan AC menjadi taraf tegangan DC.

2. Magnetron menggunakan arus DC ini untuk menghasilkan gelombang mikro dengan

perbedaan potensial 3 kV membuat medan listrik yang kuat antara katoda dan anoda.

Katoda yang panas memancarkan electron yang dipercepat menuju anoda. Bagian

electron-elektron ini akan dibelokkan oleh medan magnet yang disuplai oleh magnet

permanen (sesuai gaya Lorentz), sehingga arus DC tersebut dapat diubah menjadi

gelombang mikro dengan frekuensi 2,45 GHz.

Medan Listrik

Medan listrik adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti

elektro, ion, atau proton dalam ruangan yang disekitrnya, dimana jika sebuah benda

bermuatan listrik berada di dalam ruangan tersebut akan mendapat gaya listrik (gaya

coloumb). Kuat medan listrik di suatu titik dalam medan listrik didefinisikan sebagai

gaya per satuan muatan listrik di titik tersebut. Kuat medan listrik memiliki

dilambangkan E dan satuan N/C. Benda bermuatan q kan menimbulkan medan

listrik di sekitarnya. Persamaan matematis untuk kuat medan listrik dapat diturunkan

melalui hukum Coloumb yaitu gaya antara dua muatan listrik :

Dimana: E = Kuat medan listrik (N/C)

k = Konstanta ( 9.109 Nm2/C2)

q = Muatan listrik (C)

r = Jarak antara titik ke muatan (m)

Medan Magnet

Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan

listrik yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya.

Putaran dari suatu partikel membentuk medan magnet dan putaran ini dipengaruhi

oleh dirinya sendiri seperti arus listrik,ini yang menyebabkan medan magnet menjadi

permanen. Pengaruh kutub magnet terhadap arus listrik akan dibuktikkan dari

percobaan berikut :

Seutas kawat PQ ditempatkan diantara kutub-kutub magnet ke dalam kawat dialirkan

arus listrik ternyata kawat melengkung ke kiri. Gejala ini menunujukkan bahwa

medan magnet mengerjakan gaya pada arus listrik disebut gaya Lorentz. Hasil

percobaan gaya Lorentz dirumuskan sebagai berikut :

Dimana : F = Gaya Lorentz

B = Kuat medan magnet

L = Panjang kawat penghantar

a = Sudut yang dibentuk I dengan B

Gelombang Mikro

Gelombang merupakan getaran yang merambat melalui medium. Gelombang

elektromagnetik termasuk jenis gelombang berdasarkan medium perambatannya.

Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang dalam perambatannya

tanpa memerlukan medium ( gelombang radio, gelombang cahaya dll.). Jadi,

gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik yang mirip dengan

gelombang radio. Bedanya, gelombang mikro mempunyai panjang gelombang yang

lebih pendek dibandingkan dengan gelombang radio. Meskipun mempunyai panjang

gelombang yang lebih pendek, gelombang mikro mempunyai frekuensi yang lebih

tinggi jika dibandingkan dengan gelombang radio. Hal ini sesuai dengan hukum

gelombang, panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensinya, makin

pendek panjang gelombang maka makin tinggi frekuensinya. Persamaannya dapat

ditulis sebagai berikut :

Dimana : = Panjang gelombang

v = Kecepatan rambat gelombang

f = Frekuensi gelombang

Panjang gelombang ( ) merupakan jarak yang ditempuh satu kali gelombang.

Frekuensi gelombang ( ) adalah banyaknya gelombang yang terjadi tiap detik.

Gelombang mikro dapat digunakan sebagai pemanas makanan karena memiliki tiga

buah sifat dasar yang menjadi dasar prinsip kerja microwave, pertama gelombang

mikro akan dipantulkan oleh bahan logam seperti baja atau besi. Kedua, gelombang

ini dapat menembus bahan non logam tanpa memanaskannya. Terakhir adalah

gelombang ini akan diserap oleh air.

3. Gelombang mikro diarahkan oleh sebuah antenna pada atas magnetron ke dalam

sebuah waveguide. Waveguide meneruskan gelombang mikro ke sebuah alat yang

menyerupai kipas, disebut dengan stirrer. Stirrer menyebarkan gelombang mikro di

dalam ruang oven

4. Gelombang mikro ini kemudian dipantulkan oleh dinding dalam oven dan diserap

oleh molekul-molekul makanan.

Gelombang memiliki beberapa sifat diantaranya gelombang dapat mengalami

pemantulan, pembuasan, interferensi, dan difraksi. Gelombang mikro pada

microwave oven ini mengalami pemantulan, dimana gelombang mikro

dipantulkan oleh dinding yang terbuat dari besi atau baja. Hal ini sesuai

dengan hokum pemantulan gelombang “Sudut datang gelombang sama

dengan sudut pantul gelombang, gelombang datng, gelombang pantul, dan

garis normal terletak dalam satu bidang datar”.

5. Karena setiap gelombang mempunyai sebuah komponen positif dan negative,

molekul-molekul didesak kedepan dan kebelakang selama 2 kali kecepatan frekuensi

gelombang mikro, yaitu 4,9 juta kali dalam setiap detik.

Dimana gelombang mikro ini merupakan hasil radiasi yang dapat ditransmisikan,

dipantulkan atau diserap tergantung dari bahan yang berinteraksi dengannya. Oven

microvawe memanfaatkan 3 sifat dari gelombang mikro tersebut dalam proses memasak.

Gelombang mikro dihasilkan oleh magnetron, gelombang tersebut ditransmisikan ke

dalam waveguide, lalu gelombang tersebut dipantulkan ke dalam fan stirrer dan dinding

dari ruangan didalam oven, dan kemudian gelombang tersebut diserap oleh makanan.

Microwave oven dapat membuat air berputar, putaran molekul air akan

mendorong terjadinya tabrakan antar molekul. Tabrakan antar molekul inilah yang akan

membuat molekul-molekul tersebut memanas. Perlu diingat bahwa sebagian besar

makanan memiliki kadar air didalamnya dan jika makanan tersebut memiliki kadar air

berarti efek yang sama akan terjadi jika makanan tersebut dimasukan dalam microwave

oven. Selain itu harus dingat juga bahwa molekul makanan yang lain akan menjadi panas

karena ada kontak langsung antara molekul tersebut dengan molekul air yang memanas.

Melalui perpindahan energi, panas disebabkan oleh pergerakan molekul-molekul.

Perpindahan energi ini dapat terjadi dengan 3 cara berbeda, yaitu:

Konduksi

Terjadi karena adanya kontak langsung dengan sumber panas, contoh papan

pengorengan yang menjadi panas setelah bersentuhan dengan sumber api pada

kompor.

Konveksi

Konveksi terjadi ketika uap panas naik atau uap berputar di dalam ruangan

tertutup seperti oven. Panas uap ini akan memanaskan bagian luar makanan dan

diteruskan sampai bagian dalam makanan tersebut.

Radiasi

Terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang membuat molekul-

molekul air bergerak.

C. Hubungan prinsip kerja microwave oven dengan prinsip fisika.

Ada dua konsep fisika yang menjadi dasar dalam pemanfaatan gelombang mikro

untuk memanaskan benda. Dua konsep tersebut adalah :

1. Radiasi gelombang

Microwave oven menggunakan gelombang radio berfrekuensi 2,5 GHz untuk

memanaskan makanan. Gelombang tersebut merambat secara radiasi.

2. Pemanasan dieletrik (dielektrik heating)

Fenomena dimana gelombang radio memanaskan material dielektrik. Material

disini berupa air, lemak, dan gula. Jenis material ini berkaitan erat dengan frekuensi

gelombang radio yang berada pada frekuensi 2,5 GHz. Gelombang radio pada

frekensi tersebut, akan diserap material-material tadi. Hal ini akan menyebabkan

atom-atom pada tadi berotasi dan saling bertabrakan. Dari sinilah akan timbulkan

panas sehingga makanan yang kita masukkan ke dalam microwave oven tadi bisa

menjadi panas atau hangat.

D. Dampak Pemakaian Microwave Oven

a. Dampak Positif

Cepat panasnya makanan yang dipanaskan.

Pemanasan bisa merata pada semua bagian makanan yang dipanaskan.

Praktis dalam penggunaannya sehingga bisa mengefisienkan waktu.

b. Dampak Negatif

Membutuhkan energi (listrik) yang cukup besar untuk mengoperasikan

microwave oven.

Menimbulkan resiko jika tidak mengerti cara penggunaannya