Eu senti que isso precisava de uma resposta física.
tl; dr: É improvável, mas não impossível - temos que fazer algumas suposições irreais para fazê-lo funcionar para um tamanho sensato de batata
Considere uma batata esférica homogênea no vácuo *:
De acordo com a Wikipedia batatas são 79% de água, 17% de carboidratos (principalmente amido), 2% de proteínas e 2% de fibras. Os números que eu já vi em outros lugares variam em alguns por cento; portanto, podemos simplificar o 80% de água e o 20% de amido (as propriedades térmicas de alimentos ricos em proteínas e fibras são próximas às do amido puro, para que possamos tratá-las como mesmo).
A água tem uma capacidade térmica específica de 4.3 kJ / kg / ° C e amido 1.75 kJ / kg / ° C. Isso significa que nosso modelo de batata possui uma capacidade térmica específica de 3.7 kJ / kg / ° C (uma temperatura real valor medido é um pouco menor a 3.43 kJ / kg / ° C, mas como veremos, a água domina os resultados).
Primeiro, consideramos a energia térmica necessária para levar a batata até o ponto de ebulição da água (100 ° C), assumindo uma temperatura inicial de 20 ° C (temperatura ambiente) e uma batata pesando 0.2 kg (pouco menos de meio quilo, então uma pequena jaqueta de batata). 0.2 × 80 × 3.7 = 59.2 kJ. 1 kJ é 1 kW para 1 s; portanto, um microondas 1 kW, 100% eficiente, aquece essa batata ao ponto de ebulição em cerca de um minuto 1. Isso é consideravelmente mais rápido do que realista por vários motivos, e é com isso que estamos familiarizados:
- As microondas não penetram no centro; grande parte da batata é aquecida apenas por condução.
- Enquanto isso acontece, a superfície quente está perdendo calor para seus arredores por convecção, condução e radiação.
- Os fornos de microondas não são 100% eficientes em fornecer seu poder declarado aos alimentos, embora seja surpreendentemente difícil obter números sobre as perdas.
Uma vez que a temperatura da batata é 100 ° C, ela não continua aumentando; em vez disso, o calor evapora a água. O calor latente da vaporização da água é 2300 kJ / kg ou 460 kJ para a nossa batata. Isso está perto de outros minutos 8 (total de 9 até agora) a 1 kW, antes de começarmos a ficar acima do 100 ° C fervendo toda a água (presumo que a batata seja isotérmica, o que, obviamente, não é verdade, mas as escalas de tempo são longas o suficiente para um fluxo de calor significativo).
Depois de ferver toda a água, podemos começar a aquecer a restante batata seca (amido). Temos apenas 20% da massa restante (ou seja, 0.04 kg de amido, cuja capacidade térmica específica é 1.75 kJ / kg / ° C). Calor vermelho is finalmente em torno de 700 ° C (para aço, mas a batata queimaria em carbono a temperaturas mais baixas e o carbono deveria estar próximo o suficiente). O aumento extra de 600 ° C levaria outro 600 × 0.04 × 1.75 = 42 kJ de energia, ou 42 segundos.
Portanto, é praticamente possível aquecer uma batata 200 g em forno de microondas em minutos 10, mas somente se:
- negligencie todas as perdas de calor (exceto as devidas à remoção de água), o que seria significativo. Não vou entrar em detalhes, mas a batata teria uma superfície de 154 cm2 e faria irradiar apenas 12 W líquido a 100 ° C, mas 168 W a 400 ° C (logo abaixo da temperatura de auto-ignição e uma fração significativa da energia de entrada). O prato / plataforma giratória retira um pouco de calor por condução, e não podemos realmente negligenciar a convecção (mas é difícil, daí a suposição de um vácuo).
- assuma a eficiência de microondas 100%.
Por outro lado, assumimos que nenhuma energia é liberada por combustão e, se conseguirmos levar o amido seco à sua temperatura de auto-ignição de 410 ° C (Wikipedia) queima, liberando bastante calor (o calor da combustão do amido é 17.5 mJ / kg, mas grande parte disso é perdida para a batata).
Outro ponto que torna mais provável a queima é que na verdade não precisamos chegar a zero água em toda a batata antes que parte dela possa começar a queimar. Isso significaria que mais calor da queima de batata é útil para aquecer o restante e seria de particular interesse se a plataforma giratória do microondas estivesse congestionada ou se houvesse um ponto de acesso que recebesse consideravelmente mais energia do que o resto. Um efeito semelhante seria causado por partículas condutoras (por exemplo, metais) na batata, pois causariam uma pequena região a ficar muito quente. Eles realmente não se encaixam com a gravação uniforme mostrada na foto.
Aqueles que estão interessados em física podem querer olhar As propriedades térmicas da batataT. Yamada 1970. É em japonês com um resumo em inglês, mas os números dão resultados claros para a capacidade térmica específica e a condutividade térmica. Um modelo térmico dimensional 1 seria um problema interessante de graduação em física.
* não é estritamente necessário, mas pela primeira vez uma simplificação sensata - e nós físicos raramente temos a chance de seguir esse estereótipo.
