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為什么微波爐不能加熱雞蛋?微波爐加熱原理是什么

2020-05-20 14:14:25  來源:中國科普博覽

疫情宅家的日子,微波爐成了很多人解決吃飯問題的好幫手。然而,很多人對微波爐的了解并不夠,只要是食物,就喜歡用微波爐“叮”一下,導致頻頻“翻車”。為什么微波爐不能加熱雞蛋?放進微波爐加熱的食物為什么不能用金屬器皿來盛?要了解這些,我們需要先知道微波爐加熱食物的原理。

Part.1

微波爐是怎樣將食物加熱的?

微波爐加熱食物的原理是用微波輻射來加熱食物。微波和我們平時所見的光一樣,都是一種電磁波。微波專門指的是波長在1毫米到1米之間的電磁波??梢姽庵傅氖遣ㄩL在400到700納米之間的電磁波。

一般的家用微波爐產生的微波的頻率是2.45GHZ左右,波長在12厘米左右。當用微波爐加熱食物的時候,食物的分子會吸收微波所攜帶的能量,吸收了能量的食物分子會發生振動,這種振動在宏觀上的表現就是食物溫度的升高。

更具體的說,微波爐采用的是介電加熱。介電加熱指的是指利用電磁輻射來加熱介電質的一種方式,介電質是一種可被電極化的絕緣體。

比如說,水就是一種介電質,一個水分子包含兩個氫原子和一個氧原子。雖然水分子整體上是電中性的,但是氧原子帶負電荷,而氫原子帶正電,如下圖所示。水分子的這種性質讓水成了一種理想的介電質。

將把水分子置入電磁波中,由于電磁波中電場的作用,水分子中的帶負電的氧原子會傾向于朝反著電場的方向位移,而氫原子會朝著電場的方向移動。氧原子和氫原子的這種位移是很小的,并不足以導電,這種現象就叫做介電質的電極化。

當把水放入微波爐加熱時,微波爐發出的微波的電場不斷變換著方向,水分子的氧原子和氫原子就不斷的變換位置,這種位置的變化可以理解成水分子的振動。隨著時間的流逝,水中大多數分子都會產生這種振動,水溫就會變高。

另外,脂肪和糖也是電介質,但是它們的分子在電場中移動的位置比水小,因此加熱它們需要更長的時間。

有些人可能聽過這樣一種說法,說微波爐是從內到外加熱食物的,這種說法是正確的嗎?

對于一些有外殼的食物,情況可能確實如此。比如說雞蛋,雞蛋內部是液體,是良好的介電質,在微波爐內容易被加熱,而雞蛋外殼,則被加熱的很慢。當把雞蛋放進微波爐加熱時,雞蛋內部會首先熱起來,內部的熱量被外殼禁錮著得不到釋放,當加熱到一定程度時,雞蛋殼就會被撐破,雞蛋就會爆裂。

對于普通的食物,比如說饅頭,米飯,面包等等,它們內部的水分分布比較均勻,當放進微波爐時,它們都是被均勻加熱的,并不是從內到外加熱的。

了解了微波加熱的原理,我們才能更好地避開微波爐使用雷區。

Part.2

微波爐不能用來加熱什么?

微波爐加熱食物,主要是加熱食物中的水分。一般來說,如果一個食物特別干燥,是不宜使用微波爐來加熱的。

例如,紙幣不能放入微波爐里面加熱。這些干燥的易燃物不是介電質,它們不會吸收微波爐的熱量,所以會導致微波爐里面的溫度越來越高,當高于一定溫度時,就會點燃這些可燃物。

另外,使用微波爐加熱的一個很重要的原則是,不要把金屬放入微波爐。這是因為用微波爐加熱金屬時,微波爐發出的能量并不會被金屬吸收,而是被金屬反射,這時微波爐里面積聚的能量會越來越多,當能量達到一定程度時微波爐甚至會起火爆炸。

另外,正是由于金屬可以反射微波,所以微波爐的四周和門都是用金屬做的,這樣可以有效地把微波限制在微波爐內部,防止微波逸出,造成安全隱患。

Part.3

廚房不愧也是“戰場”,

微波爐的出現和軍工有關

你可能想不到,廚房里的微波爐最開始竟是由一個軍工企業率先制造出來的,這是怎么一回事呢?

這就要從微波爐里面產生微波的裝置——磁控管說起。磁控管最初是給軍用雷達使用的,用來探測飛機和導彈。二戰結束以后,制造磁控管的公司業績大不如前。一些磁控管制造商,例如雷神公司(Raytheon Company),急切地想把該技術應用到新的領域來盈利。

二戰時期,科技界已經普遍知道無線電波能夠加熱介電材料,并且在工業和醫療環境中相當普遍地使用介電加熱技術。用無線電波加熱食物的想法也已經出現。一些公司和實驗室也一直在研究這種技術,在1933年在芝加哥舉行的世界博覽會上,西屋公司更是展示了一個10千瓦的短波無線電發射機,該發射機可以在兩個金屬板之間煮牛排和土豆。但是在二戰時期這種現象并沒有被深入的研究。

直到1945年,雷神公司的工程師珀西·斯潘塞(Percy Spencer)在這個想法上前進了一步。斯賓塞當時正在測試用于雷達裝備的微波輻射器(磁控管)時,突然感覺西褲的口袋里有點不對勁,甚至聽到了咝咝的聲音。斯賓塞停下手里的工作,結果發現是他口袋里裝的一塊巧克力融化了。他猜可能是磁控管發射的微波烤化了巧克力,雖然這不是一種新的現象,但是斯賓塞決定用不同的食物去研究這種現象。

斯賓塞通過將磁控管發射器連接到封閉的金屬盒上,制造出了世界上第一臺真正的微波爐。然后,他將各種食品放入盒子中,同時觀察效果并監控溫度。

后來雷神公司的管理層得知了斯賓塞的發明,馬上給這個發明申請了專利,并于1946年推出了首臺商用Radarange微波爐。

但這個時候的Raydarange是一個非常昂貴的設備,而且在工作時候必須不斷的用水進行冷卻,使用起來不是很方便,只能在餐館進行使用,并不適合普通的家庭。

到1955年,雷神公司已開始許可其它公司使用其微波技術來制造微波爐。之后不久,Tappan公司給消費者設計了第一臺實用的微波爐Tappan RL-1。

Tappan RL-1是壁掛式微波爐,售價高達1,295美元(相當于今天的11,000美元),大多數人根本負擔不起。十年后,雷神公司收購了Amana Refrigeration公司,之后于1967年開始以495美元出售Amana Radarange微波爐。隨著技術的進步,微波爐的價格也越來越便宜。

在80年代,微波爐在美國家庭變得越來越普遍。這個時候微波爐也開始走進中國家庭的廚房,隨著中國企業的進一步參與,微波爐也很快在中國實現了普及。

1967年的Amana Radarange 微波爐,和現在的微波爐已經十分相像了

軍用的技術也可以轉換為民用技術,造福于普通的民眾,類似的發展還有雷達,核能等。

軍用磁控管變身民用微波爐,這么厲害的廚具可不止熱剩菜飯的功能哦。

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