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门徒娱乐官方:射频科普:关于微波炉,你了解多少?

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  • 2023-04-17 13:14:05
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摘要: 大家好,这里是【射频学堂】。 今天我们来一起学习一个我们日常生活中最常用的一款微波仪器 —— 微波炉。说到”微波炉“,大家都很熟...

大家好,这里是【射频学堂】。

今天我们来一起学习一个我们日常生活中最常用的一款微波仪器 —— 微波炉。说到”微波炉“,大家都很熟悉,就是可以加热食物。那微波到底是怎么加热食物的呢?微波炉到底对人体有没有害?可能很多射频人也不清楚怎么解释。小木匠就碰到过一次这个问题。今天我们大家一起来把它搞清楚。

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图源 Pexels

微波炉是怎么来的?

我们加热食物的方法有很多种,很早很早以前,我们的祖先就学会了用火来加热食物。钻木取火,点火石的出现,让人类用火变得方便起来。微波是怎么来的呢?关注射频学堂的同学都知道,当麦克斯韦老先生在总结了前人的基础上,总结出了伟大的”麦克斯韦方程组“,这个方程组直接预言了电磁波的存在,赫兹前辈的实验证明了电磁波的存在,至此人们开启了利用电磁波的时代,马可尼跨大西洋通信,无线电报,移动通信,到现在的 5G 时代,都离不开电磁波这个信息的最佳载体。而微波就是电磁波的一种,其频率从 300MHz 到 300GHz 的这一段电磁波。

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正常来说,科学家很难想象用微波去加热食物,应该也没有多大兴趣去做这件事吧。毕竟这么宝贵的电磁波,我们做什么不行,非要让他代替火的功能?但事实就是这么巧合,微波炉还是被发明出来了,但是是作为以减副产品出现的。1946 年,Raytheon  公司的射频工程师 Percy Spencer 正在研究一款雷达项目,在实验的过程中,发现了一个奇妙的现象:放在他口袋里的糖果融化了。当时他只是在测试一款磁控管,房间里的温度还不足以让糖果融化。闹心之余,Spencer 突然意识到,是不是电磁波让糖果融化了。好奇心促使他继续进行试验,他将高密度电磁场放在一个金属盒子里,他继续测试其他食物放进去,例如鸡蛋,这些食物会爆炸并盖住他的脸。第二天,他带来了玉米粒进行测试。磁控管微波把他们全都炸了。他工作的办公室里的每个人都想将他们的食物用于 Spencer 的发明。于是乎微波炉诞生了。下图就是 Spencer 和他发明的微波炉。

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世界上第一台微波炉就这样被雷声公司的射频工程师 Percy Spencer 研发出来了。1945 年 10 月 8 日,雷神公司为微波炉申请了专利,并取了一个漂亮的名字 —— Radarange。

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在 1947 年,第一台商用的微波炉推出市场,重量达到了 340 公斤,高 1.8 米,成本大约在 3000 美 ^_^ 金。当时的一台小型雷达的成本大约为 5000 美金。所以,不管你们用不用的起,我反正是用不起的。直到 1967 年,真正能够家用的微波炉才被制造出来,它能够被放置在台面上,最主要的是售价降低到了 495 美金。

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这种新型的食物加热方法,受到了人们的追捧。就像现在什么高科技都喜欢带上”量子“一样,那个时候的“微波”可是网红中的网红。

到现在,微波炉几乎进入了千家万户,不管你们用没有,反正我家用着挺方便的 —— 便宜,好用,物美价廉。

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图源 Pixabay

那么微波到底是如何加热食物的呢?

我们都知道,如果想让一个物体变热的话,主要有两种方式,一种是传导加热,一种是整体加热。传导加热就是把加热物体的表面,然后通过物体自身的热传导,让热量传导到物体内部;但是微波加热是利用微波的穿透性,使得物体内部分子按照电磁场的变化而变化,从而使得物体内部分子产生碰撞和摩擦产生热量,是一种整体加热。

从分子学的角度来讲,很多分子都是电偶极子,比如水,水分子有两个氢原子和一个氧原子构成(H2O),它和其外部电荷构成了一个整体,一个氧原子被两个氢原子包围,构成一个电偶极子。当周围没有外部电场时,水分子的电偶极子是平衡的,当被放置在外部电场中时,电偶极子会随着外部电场发生转向,如下图所示。电偶极子转向的频率和电场的变化频率是一样的。那么也就意味着当微波炉内的电磁场频率为 2.45GHz 时,水分子电偶极子每秒钟要转向 2450000000 次。水分子这么晕头转向,其相互之间的碰撞也会非常激烈,这种碰撞和摩擦产生的能量就会以热的方式释放出来。

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这种整体加热法相对于传导加热有着很多的优点,加热快,热的透,内外一起加热。所以一些带壳的食物,比如鸡蛋,板栗加热的时候由于内部热膨胀会引起炸裂,不能直接放在微波炉里面加热。当然,2.45GHz 的微波是无法穿透金属的。金属容器也不能放在里面直接加热,一个原因是热不起来,还有可能导致空气击穿打火。

说到这里,不得不提一下,人体是含有不少的水分子的,所以人体也会被微波加热的,这种热是从内到外一起热,小心你的内脏受不了哦。所以用微波来取暖这个想法就算了,我们人类还是采用传导取暖的好,最起码有皮肤的保护。

本文来自微信公众号:射频学堂 (ID:RF_Center),作者:RF 小木匠

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