Refroidir avec des micro-ondes

[alaink]

Si j'ai bien compris le principe du four à micro-ondes, les micro-ondes mettent les molecules d'eau en resonnance.

Cependant est-il theoriquement possible de refroidir de l'eau de la meme facon?
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Non. Les micro-ondes ne mettent pas les molécules d'eau à la résonance. Ils chauffent l'eau par des pertes diélectriques. La fréquence est donnée par un magnétron, qui est le moyen le moins cher de fabriquer des fréquences élevées à forte puissance.

Et refroidir avec des micro-ondes est identique à refroidir avec une lampe à souder.

Au revoir.

[invitea3eb043e]

Si j'ai bien compris le principe du four à micro-ondes, les micro-ondes mettent les molecules d'eau en resonnance.

Cependant est-il theoriquement possible de refroidir de l'eau de la meme facon?

Le mot "théoriquement" permet toutes les fantaisies. On peut imaginer de chauffer du fréon, le vaporiser et s'en servir pour faire marcher un frigo à absorption qui refroidira de l'eau. Donc c'est théoriquement possible.
Le faire directement est une autre paire de manches. On peut faire une analogie avec l'effet Joule qui ne peut que chauffer, sauf dans certains cas, comme une jonction de semi-conducteurs où le passage du courant crée du froid (effet Peltier).
Mais se pose alors le problème thermodynamique. Pour conserver l'entropie il faut une source froide. Dans l'effet Peltier, la source froide est celle qui baigne l'autre jonction dans l'autre sens.
Avec des microondes on ne voit pas bien le schéma d'une jonction.

[alaink]

Dans cet article:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Four_%C3%A0_micro-ondes
ils expliquent effectivement que:

Les molécules d'eau d'un aliment à l'état normal sont dans le désordre : elles ne respectent aucun ordre d'orientation particulier. Mais lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique continu les pôles négatifs des molécules d'eau ont tendance à s'orienter en direction de ce dernier.

Quand elles sont soumises aux micro-ondes, les molécules d'eau de l'aliment s'orientent en direction du champ électrique qui compose ces ondes. Ce champ étant alternatif les pôles s'orientent successivement dans un sens puis dans l'autre, ce qui résulte de plusieurs changements d'orientation environ 2 450 000 000 fois en une seconde au même rythme que l'onde qui oscille à cette fréquence.

Si le four émettait en fréquence plus basse, il ferait tout autant osciller les molécules d'eau mais il n'y aurait pas d'absorption de l'énergie des ondes dans l'aliment et donc de dégagement de chaleur. En effet, ce n'est qu'au-delà de la fréquence de 1 gigahertz (1 000 000 000 fois par seconde) environ que l'oscillation de l'eau a du mal à suivre l'oscillation du champ électrique des micro-ondes. Il s'ensuit que pour des fréquences égales ou supérieures à celle-ci, un déphasage apparaît entre les orientations respectives de ce champ et de la molécule d'eau. La conséquence est ce que l'on appelle une perte diélectrique, génératrice de chaleur, et due à un phénomène que l'on appelle "relaxation" des molécules d'eau. Il ne s'agit donc pas d'un quelconque phénomène de résonance

Ce qui indique bien, comme le dit LPFR que l'echauffement est dû aux pertes dielectriques. Mais la fréquence de l'onde est justement choisie pour maximiser ces pertes. Cependant, pour des fréquences plus basses, les molécules s'alignent sur le champ au lieu de ne respecter aucune orientation particuliere.
Ce passage du desordre à l'ordre ne peut-il être utilisé pour refroidir ces molécules, par exemple en baissant progressivement la fréquence jusqu'à arrêt (presque) complet des oscillations?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Si le four émettait en fréquence plus basse, il ferait tout autant osciller les molécules d'eau mais il n'y aurait pas d'absorption de l'énergie des ondes dans l'aliment et donc de dégagement de chaleur. En effet, ce n'est qu'au-delà de la fréquence de 1 gigahertz (1 000 000 000 fois par seconde) environ que l'oscillation de l'eau a du mal à suivre l'oscillation du champ électrique des micro-ondes.

Bonjour.
Voila une connerie de plus dans wikipedia.
Les molécules d'eau "acceptent" de s'orienter en basse fréquence et c'est pour cela que la constante diélectrique de l'eau en basse fréquence est élevée. L'eau se comporte comme un liquide polaire. La vitesse des ondes radio dans l'eau en basse fréquence est de 33 000 km/s.
C'est le "frottement" entre molécules lors des orientations dans un sens et le sens opposé que l'énergie est dissipée et l'eau chauffe. Pour une même amplitude de champ, les pertes d'énergie sont proportionnelles à la fréquence. Il n'y a pas une fréquence privilégiée. Le plus haut, le mieux.

Par contre, en haute fréquence, les molécules n'ont pas le temps de s'orienter. L'eau se comporte comme un diélectrique ordinaire (non polaire). La constante diélectrique est 1,77 et la vitesse de ondes radio d'environ 225 000 km/s.

La fréquence de transition (fréquence de Debye) pour l'eau est (de tête) d'environ 40 Ghz.

En dessous c'est de la basse fréquence et en dessus de la haute fréquence (pour l'eau).

À une époque, on utilisait des appareils de "radio-thérapie" (rien à voir avec des rayons X) pour chauffer des parties douloureuses du corps avec des ondes radio de la gamme "ondes courtes" (une dizaine de MHz). Et l'eau du corps chauffait, évidemment.
Pendant la bataille d'Angleterre (2ème guerre mondiale), les anglais utilisèrent tous les appareils de ce type pour dévier le système de guidage radio des avions allemands qui bombardaient Londres de nuit.
Au revoir.

[alaink]

Merci pour ces précisions.
Tu évoques un point intéressant:

C'est le "frottement" entre molécules lors des orientations dans un sens et le sens opposé que l'énergie est dissipée et l'eau chauffe. Pour une même amplitude de champ, les pertes d'énergie sont proportionnelles à la fréquence. Il n'y a pas une fréquence privilégiée. Le plus haut, le mieux.

Si on considère un volume composé excusivement de molecules d'eau, ce "frottement" l'échauffe mais cet échauffement se manifeste comment?
Est-ce que la chaleur n'est pas justement un mouvement moléculaire? Dans ce cas le mouvement moleculaire directement induit par les micro-ondes est-il de nature différente à celui de l'agitation moléculaire thermique?

[invite6dffde4c]

Si on considère un volume composé excusivement de molecules d'eau, ce "frottement" l'échauffe mais cet échauffement se manifeste comment?
Est-ce que la chaleur n'est pas justement un mouvement moléculaire? Dans ce cas le mouvement moleculaire directement induit par les micro-ondes est-il de nature différente à celui de l'agitation moléculaire thermique?

Bonjour.
L'échauffement se manifeste, comme d'habitude, par une augmentation de la température.
Et la température est une conséquence de l'agitation thermique. Dans le cas de gaz atomiques, seule la vitesse des atomes constitue cette agitation thermique. Mais pour les molécules plus grandes, on a l'énergie de rotation et éventuellement des modes de vibration (la molécule se tortille sur elle-même).

El l'orientation des molécules sous l'effet du champ électrique n'a rien à voir avec l'agitation thermique. Les fréquences de rotation et de vibration se situent au moins dans l'infrarouge lointain, très au delà les fréquences de magnétrons. Vous pouvez faire le parallèle avec la fréquence des marteaux d'un piano, et la fréquence de vibration des cordes. Sauf que dans le cas de l'eau, les rapports de fréquence sont encore plus démesurés.
Au revoir.

[invitea3eb043e]

Comme dit par LPFR et d'autres, le champ électromagnétique va provoquer une rotation des molécules. Ces molécules vont heurter leurs voisines et les mettre en mouvement de translation, ce qui correspond à un échauffement. Ce sont ces collisions qui amortissent la rotation et sont cause des pertes diélectriques.

[alaink]

Il me semble que lpfr fait la distinction entre "l'orientation" des molécules par le champ em micro-onde, qui se fait donc à la frequence micro-onde et la "rotation" de la molecule qui se fait à une frequence beaucoup plus elevée.

S'il s'agissait de la même chose, on pourrait envisager que le champ em micro-onde ralentisse la rotation de certaines molecules et en accélere d'autres selon leur sens de rotation initial.
Par contre si on parle d'orientation, il peut s'agir d'une influence sur l'axe de rotation et non la fréquence de rotation.

Ai-je bien compris?

[obi76]

Par contre si on parle d'orientation, il peut s'agir d'une influence sur l'axe de rotation et non la fréquence de rotation.

Ce qui implique nécessairement une déformation, donc des vibrations.