電子レンジは、マイクロ波という電磁波を食品へ送り、そのエネルギーが食品に吸収されることで温める装置です。熱い鍋の表面から熱を渡す方法とは異なります。しかし、「必ず真ん中から温まる」「中も外も一度に同じ温度になる」と覚えるのは正確ではありません。
食品の形や大きさ、成分、置き方などによって、温まり方には違いが生じます。理科の問題で電子レンジが出てきたら、装置の名前から温度を決めるより、どの部分を、いつ測った結果なのかを確かめましょう。
電波を吸収する場所と、熱が移る場所
マイクロ波のエネルギーは、食品中の水分などに吸収され、加熱に使われます。一方、マイクロ波がどこまでも同じ強さで入り込むわけではありません。吸収されながら進むので、食品の奥まで届く程度は成分や条件で違います。食品の中央へ先に到着し、そこだけから加熱を始めるという仕組みではありません。
温まった部分から隣の冷たい部分へは、熱も伝わります。電子レンジの中では、マイクロ波によるエネルギーの受け取りと、食品内部での熱の移動が組み合わさっています。「電子レンジだから熱伝導は全く起こらない」という説明にもならないのです。
一か所の温度で、全部を代表させない
表面の一部が熱くても、中心や反対側が同じ温度とは限りません。逆に、取り出した直後に中心が表面より高温だったとしても、電子レンジではいつも中心が最初に温まるという証明にはなりません。途中の温度変化を調べていないからです。
温度を比較するなら、測る位置を図に残します。Aを端、Bを中心、Cを反対の端などと決め、加熱前と加熱後を同じ位置で比べます。また、測る順番によって時間がずれることにも注意が必要です。Aを測っている間にも、Bから熱が逃げたり、隣から熱が伝わったりします。
この記事の例題は測定資料を読むための模型です。実物の加熱は機器と食品の指定に従い、温度計や金属を入れる実験の手順としては使わないでください。
例題1：平均温度が高くても、むらはある？
初めに全体が20℃だった食品について、加熱後の三地点がAは60℃、Bは35℃、Cは55℃になったという資料があります。各地点の温度上昇と、最も高い地点と低い地点の差を求めてください。この資料から、全体が50℃になったと説明してよいでしょうか。
答え・解説： 上昇はAが40℃、Bが15℃、Cが35℃です。最高と最低の差は60−35＝25℃あります。三つの測定値の平均は50℃ですが、各地点が50℃になったわけではありません。さらに、三地点だけの平均が食品全体の平均温度を正しく表すとも限りません。
平均を計算すること自体が間違いなのではありません。求めた平均が「選んだ三地点の測定値の平均」なのか、「全体の温度」なのかを分けます。部分ごとの違いを調べたい実験で、平均だけ書いて差を消してしまうと、大切な結果を見落とします。
例題2：加熱を止めたのに中心が温まる？
マイクロ波による加熱を止めた直後、食品の外側は70℃、中心は40℃でした。しばらく後には外側が60℃、中心が45℃になりました。外から新たに加熱していないとき、中心の温度が上がることはあり得ますか。
答え・解説： あり得ます。高温の外側から低温の中心へ熱が伝わることで、中心が温まる場合があるからです。加熱を止めた後にも食品内で温度差があれば、熱の移動は続きます。中心が5℃上がったことだけを見て、装置がまだ電波を出していたと決める必要はありません。
ただし、外側が10℃下がり中心が5℃上がったという温度差だけから、外へ逃げた熱量を計算することはできません。各部分の量や熱の受け取りやすさなどが必要です。温度は熱量そのものではないので、10−5をそのまま失われたエネルギーと呼ばないようにしましょう。
出力を上げたら、時間は何でも反比例する？
同じ装置で同じ食品を温める目安として、出力と時間の関係を使うことがあります。しかし、食品の量や形まで変えた場合に、出力だけから温度を正確に予測することはできません。途中で水分が蒸発することもあり、外へ逃げる熱や温度分布も変わります。
問題文が「受け取るエネルギーは出力と時間の積に比例し、熱の損失は無視する」と指定した場合は、その模型で計算します。指定のない実際の調理に、同じ式を無条件で使う話ではありません。計算の前提を書き留めることで、理科の模型と実物の違いを整理できます。
熱の移動を考える際は水の対流、電磁波によるエネルギーのやり取りは熱の放射ともつながります。温度が上がったという結果から、エネルギーがどの経路を通ったかを追う練習をしてみましょう。