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微波炉的出现和军工有关

2020-05-20 中国科普博览 阅读:
很多人对微波炉的了解并不够,只要是食物,就喜欢用微波炉“叮”一下,导致频频“翻车”。为什么微波炉不能加热鸡蛋?放进微波炉加热的食物为什么不能用金属器皿来盛?要了解这些,我们需要先知道微波炉加热食物的原理。

疫情宅家的日子,微波炉成了很多人解决吃饭问题的好帮手。然而,很多人对微波炉的了解并不够,只要是食物,就喜欢用微波炉“叮”一下,导致频频“翻车”。为什么微波炉不能加热鸡蛋?放进微波炉加热的食物为什么不能用金属器皿来盛?要了解这些,我们需要先知道微波炉加热食物的原理。PJTednc

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图片来源:微博PJTednc

微波炉是怎样将食物加热的?

微波炉加热食物的原理是用微波辐射来加热食物。微波和我们平时所见的光一样,都是一种电磁波。微波专门指的是波长在1毫米到1米之间的电磁波。可见光指的是波长在400到700纳米之间的电磁波。PJTednc

一般的家用微波炉产生的微波的频率是2.45GHZ左右,波长在12厘米左右。当用微波炉加热食物的时候,食物的分子会吸收微波所携带的能量,吸收了能量的食物分子会发生振动,这种振动在宏观上的表现就是食物温度的升高。PJTednc

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微波炉是利用微波来加热食物的PJTednc

更具体的说,微波炉采用的是介电加热。介电加热指的是指利用电磁辐射来加热介电质的一种方式,介电质是一种可被电极化的绝缘体。PJTednc

比如说,水就是一种介电质,一个水分子包含两个氢原子和一个氧原子。虽然水分子整体上是电中性的,但是氧原子带负电荷,而氢原子带正电,如下图所示。水分子的这种性质让水成了一种理想的介电质。PJTednc

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水分子示意图PJTednc

将把水分子置入电磁波中,由于电磁波中电场的作用,水分子中的带负电的氧原子会倾向于朝反着电场的方向位移,而氢原子会朝着电场的方向移动。氧原子和氢原子的这种位移是很小的,并不足以导电,这种现象就叫做介电质的电极化。PJTednc

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介电质的极化PJTednc

当把水放入微波炉加热时,微波炉发出的微波的电场不断变换着方向,水分子的氧原子和氢原子就不断的变换位置,这种位置的变化可以理解成水分子的振动。随着时间的流逝,水中大多数分子都会产生这种振动,水温就会变高。PJTednc

另外,脂肪和糖也是电介质,但是它们的分子在电场中移动的位置比水小,因此加热它们需要更长的时间。PJTednc

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微波炉加热食品主要加热的是食品里面的水分PJTednc

有些人可能听过这样一种说法,说微波炉是从内到外加热食物的,这种说法是正确的吗?PJTednc

对于一些有外壳的食物,情况可能确实如此。比如说鸡蛋,鸡蛋内部是液体,是良好的介电质,在微波炉内容易被加热,而鸡蛋外壳,则被加热的很慢。当把鸡蛋放进微波炉加热时,鸡蛋内部会首先热起来,内部的热量被外壳禁锢着得不到释放,当加热到一定程度时,鸡蛋壳就会被撑破,鸡蛋就会爆裂。PJTednc

对于普通的食物,比如说馒头,米饭,面包等等,它们内部的水分分布比较均匀,当放进微波炉时,它们都是被均匀加热的,并不是从内到外加热的。PJTednc

了解了微波加热的原理,我们才能更好地避开微波炉使用雷区。PJTednc

微波炉不能用来加热什么?

微波炉加热食物,主要是加热食物中的水分。一般来说,如果一个食物特别干燥,是不宜使用微波炉来加热的。PJTednc

例如,纸币不能放入微波炉里面加热。这些干燥的易燃物不是介电质,它们不会吸收微波炉的热量,所以会导致微波炉里面的温度越来越高,当高于一定温度时,就会点燃这些可燃物。PJTednc

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被微波炉烧掉的纸币PJTednc

另外,使用微波炉加热的一个很重要的原则是,不要把金属放入微波炉。这是因为用微波炉加热金属时,微波炉发出的能量并不会被金属吸收,而是被金属反射,这时微波炉里面积聚的能量会越来越多,当能量达到一定程度时微波炉甚至会起火爆炸。PJTednc

另外,正是由于金属可以反射微波,所以微波炉的四周和门都是用金属做的,这样可以有效地把微波限制在微波炉内部,防止微波逸出,造成安全隐患。PJTednc

厨房不愧也是“战场”,微波炉的出现和军工有关

你可能想不到,厨房里的微波炉最开始竟是由一个军工企业率先制造出来的,这是怎么一回事呢?PJTednc

这就要从微波炉里面产生微波的装置——磁控管说起。磁控管最初是给军用雷达使用的,用来探测飞机和导弹。二战结束以后,制造磁控管的公司业绩大不如前。一些磁控管制造商,例如雷神公司(Raytheon Company),急切地想把该技术应用到新的领域来盈利。PJTednc

二战时期,科技界已经普遍知道无线电波能够加热介电材料,并且在工业和医疗环境中相当普遍地使用介电加热技术。用无线电波加热食物的想法也已经出现。一些公司和实验室也一直在研究这种技术,在1933年在芝加哥举行的世界博览会上,西屋公司更是展示了一个10千瓦的短波无线电发射机,该发射机可以在两个金属板之间煮牛排和土豆。但是在二战时期这种现象并没有被深入的研究。PJTednc

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雷神公司制造的Raydarange 微波炉PJTednc

直到1945年,雷神公司的工程师珀西·斯潘塞(Percy Spencer)在这个想法上前进了一步。斯宾塞当时正在测试用于雷达装备的微波辐射器(磁控管)时,突然感觉西裤的口袋里有点不对劲,甚至听到了咝咝的声音。斯宾塞停下手里的工作,结果发现是他口袋里装的一块巧克力融化了。他猜可能是磁控管发射的微波烤化了巧克力,虽然这不是一种新的现象,但是斯宾塞决定用不同的食物去研究这种现象。PJTednc

斯宾塞通过将磁控管发射器连接到封闭的金属盒上,制造出了世界上第一台真正的微波炉。然后,他将各种食品放入盒子中,同时观察效果并监控温度。PJTednc

后来雷神公司的管理层得知了斯宾塞的发明,马上给这个发明申请了专利,并于1946年推出了首台商用Radarange微波炉。PJTednc

但这个时候的Raydarange是一个非常昂贵的设备,而且在工作时候必须不断的用水进行冷却,使用起来不是很方便,只能在餐馆进行使用,并不适合普通的家庭。PJTednc

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Tappan RL-1 壁挂式微波炉PJTednc

到1955年,雷神公司已开始许可其它公司使用其微波技术来制造微波炉。之后不久,Tappan公司给消费者设计了第一台实用的微波炉Tappan RL-1。PJTednc

Tappan RL-1是壁挂式微波炉,售价高达1,295美元(相当于今天的11,000美元),大多数人根本负担不起。十年后,雷神公司收购了Amana Refrigeration公司,之后于1967年开始以495美元出售Amana Radarange微波炉。随着技术的进步,微波炉的价格也越来越便宜。PJTednc

在80年代,微波炉在美国家庭变得越来越普遍。这个时候微波炉也开始走进中国家庭的厨房,随着中国企业的进一步参与,微波炉也很快在中国实现了普及。PJTednc

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1967年的Amana Radarange 微波炉,和现在的微波炉已经十分相像了PJTednc

军用的技术也可以转换为民用技术,造福于普通的民众,类似的发展还有雷达,核能等。PJTednc

军用磁控管变身民用微波炉,这么厉害的厨具可不止热剩菜饭的功能哦。PJTednc

责编:Demi XiaPJTednc

(来源:中国科普博览;版权归中国科普博览所有PJTednc

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