La storia che raccontiamo oggi comincia in un tempo di guerra e di terrore, e finisce in un clima di festa e d’allegria.
È il 1940, e la Gran Bretagna è impegnata in una lotta mortale contro la Germania di Hitler. Giorno e notte gli aerei della RAF si scontrano con quelli della Luftwaffe per il dominio dei cieli. Gli scienziati di entrambe le nazioni stanno inseguendo un’idea rivoluzionaria: usare le onde radio per localizzare a distanza aerei e navi nemiche.
Gli inglesi hanno fatto molti progressi nello sviluppo del RADAR, e già installato una rete di antenne sulla costa. Il loro radar usa onde radio con lunghezza d’onda enorme, 50 metri, e per questo ha poca precisione, e richiede antenne di dimensioni enormi.
È necessario sviluppare radar più precisi e portatili, con lunghezze d’onda minori. L’ideale sarebbe usare le microonde, lunghe pochi centimetri invece che metri, ma i circuiti elettrici che producono microonde sono difficili da usare e poco efficienti. La necessità aguzza però l’ingegno, e nel febbraio del 1940 due fisici inglesi inventano un marchingegno dal nome fantascientifico: il MAGNETRON. È un oggetto molto bello da vedere, una specie di fiore traforato nel metallo chiuso tra due magneti. Gli elettroni, emessi da un filamento simile a quello di una lampadina, sono attratti dai bordi del fiore, ma a causa del forte campo magnetico curvano formando complesse traiettorie, ed emettendo allo stesso tempo tante, tante microonde.
Il magnetron è compatto, facile da usare e molto potente. Scoperto a febbraio del 1940, a settembre gli Inglesi sono già in produzione, e mandano in America un magnetron capace di emettere microonde con la potenza di 10 kilowatt, mille volte maggiore dei più potenti trasmettitori degli Americani. Grazie al magnetron, i radar possono rilevare oggetti più piccoli usando antenne più piccole. I radar a magnetron sono montati anche sugli aerei e si rivelano molto efficienti, in particolare, per scoprire i sottomarini tedeschi in emersione, facendone strage. Il resto è storia.
Con la fine della guerra la ricerca sui radar e le microonde non si ferma, anzi s’intensifica, sia da parte degli Americani sia dei Russi. E a questo punto il magnetron comincia la sua seconda, inaspettata carriera.
È il 1945 e un ingegnere americano, Percy Spencer, sta lavorando a un nuovo tipo di radar. Mentre studia concentrato il magnetron in funzione davanti a se, decide di fare merenda, e prende una barretta di cioccolato. Si accorge con sorpresa che il cioccolato tende a sciogliersi, magicamente, tra le sue mani.
Non è il primo a notare che le onde elettromagnetiche possono riscaldare gli oggetti, ma decide di studiare la cosa seriamente. Ottimizza il sistema, aumenta la potenza, e comincia a fare esperimenti con diversi cibi. Prova con i pop-corn che vede scoppiare velocemente, riscaldati da una forza invisibile. Prova con un uovo, che esplode in faccia a un suo collaboratore. Decide, saggiamente, di costruire un sistema chiuso, una scatola metallica in cui le microonde, prigioniere, rimbalzano da un lato all’altro, aumentando l’effetto riscaldante.
La ditta per cui lavora Spencer, chiamata Raytheon, sta cercando nuove applicazioni post-belliche per i suoi radar e i suoi dispositivi elettronici. Fiuta subito l’affare e brevetta l’invenzione nell’ottobre del 1945. Nel 1947 un prototipo entra in funzione in un ristorante di Boston, riscaldando hot-dog con rapidità mai vista prima. Nello stesso anno la Raytheon commercializza il primo forno a microonde, ma il successo è minore di quanto ci si aspetta.
Il primo modello di forno a microonde venduto dalla Raytheon si chiama “RADARANGE”, e riesce a riunire tutte le peggiori caratteristiche degli elettrodomestici attuali! E’ ingombrante come un frigorifero, pesa quanto sette forni a gas, e deve essere collegato ai tubi dell’acqua come una lavatrice (per raffreddare il magnetron). Consuma tre kilowatt, il triplo di un forno attuale, e se è acceso senza cibo dentro si brucia.
Il Radarange rimase sempre un prodotto molto di nicchia ma fu seguito, per fortuna per noi, da modelli migliori. Magnetron meno costosi, che potevano essere raffreddati con una semplice ventola invece che con acqua, provvisti di circuiti elettronici che controllavano la loro potenza in caso di accensione del forno vuoto. Servirono più di dieci anni, ma alla fine la tecnologia si diffuse. Quarantamila forni a microonde furono venduti in tutti gli Stati Uniti nel 1970, un milione nel 1975. La diffusione dei forni a microonde in Giappone fu più veloce che negli Usa, in Europa invece richiese più tempo. Oggi il forno a microonde è un componente molto desiderato in ogni cucina, importante sia per casalinghe abili ai fornelli che per studenti capaci solo di scongelare una pizza precotta. Come mai ha avuto così successo? Perché funziona così bene?
Le microonde usate nei forni attuali hanno una frequenza di 2.45 GHz, e una lunghezza d’onda di circa 12 centimetri, più corta delle onde radio classiche, più lunga dei raggi infrarossi che trasmettono il calore. Al contrario degli infrarossi, le microonde riescono a penetrare in profondità nei cibi, e a interagire con le molecole d’acqua. Le molecole d’acqua sono elettricamente neutre, ma hanno una parte leggermente negativa (l’ossigeno) e una leggermente positiva (gli idrogeni), formando così un minuscolo dipolo elettrico. Le microonde agiscono su queste cariche elettriche costringendo le molecole d’acqua ad oscillare, agitarsi, sbattendo le une contro le altre. Questo “sfregamento molecolare” genera calore, e quel calore cuoce la nostra cena.
Le microonde hanno una lunghezza d’onda di circa 12 centimetri, e non possono quindi passare attraverso la griglia metallica che protegge lo sportello del forno, permettendoci di vedere in tempo reale un miracolo della fisica avvenire sotto i nostri occhi.
Il ghiaccio, i grassi e gli zuccheri interagiscono con le microonde, anche se meno dell’acqua. I metalli, invece, hanno un comportamento tutto loro, spettacolare, se inseriti in un forno a microonde. Nei metalli le oscillazioni elettromagnetiche non agitano singole molecole ma creano vere e proprie correnti elettriche con voltaggi altissimi. Oggetti metallici appuntiti possono generare scintille nel microonde, le lampadine al neon o quelle a incandescenza si illuminano da sole, come per magia, i CD si incendiano. NON PROVATE QUESTI ESPERIMENTI A CASA. Potreste incendiare tutto il palazzo. Se volete proprio vedere che effetto fanno le microonde su diversi oggetti, potete trovare su youtube gli esperimenti di vari scienziati fai-da-te, che infilano oggetti in un microonde, usando una camera speciale.
E, se proprio volete fare un esperimento con le vostre mani per stupire gli amici, mettete nel microonde una saponetta, e vedete che succede. E’ un esperimento poco pericoloso, ma molto profumato.
Immagine originale di copertina presa da http://www.flikcr.com Autore R. Sullivan, creative commons.
...è la storia, non chi la racconta 
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