天天實(shí)時(shí)：射頻科普：關(guān)于微波爐，你了解多少？
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今天我們來一起學(xué)習(xí)一個(gè)我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｓ玫囊豢钗⒉▋x器 —— 微波爐。說到”微波爐“，大家都很熟悉，就是可以加熱食物。那微波到底是怎么加熱食物的呢？微波爐到底對(duì)人體有沒有害？可能很多射頻人也不清楚怎么解釋。小木匠就碰到過一次這個(gè)問題。今天我們大家一起來把它搞清楚。
微波爐是怎么來的？
我們加熱食物的方法有很多種，很早很早以前，我們的祖先就學(xué)會(huì)了用火來加熱食物。鉆木取火，點(diǎn)火石的出現(xiàn)，讓人類用火變得方便起來。微波是怎么來的呢？關(guān)注射頻學(xué)堂的同學(xué)都知道，當(dāng)麥克斯韋老先生在總結(jié)了前人的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了偉大的”麥克斯韋方程組“，這個(gè)方程組直接預(yù)言了電磁波的存在，赫茲前輩的實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，至此人們開啟了利用電磁波的時(shí)代，馬可尼跨大西洋通信，無線電報(bào)，移動(dòng)通信，到現(xiàn)在的 5G 時(shí)代，都離不開電磁波這個(gè)信息的最佳載體。而微波就是電磁波的一種，其頻率從 300MHz 到 300GHz 的這一段電磁波。
正常來說，科學(xué)家很難想象用微波去加熱食物，應(yīng)該也沒有多大興趣去做這件事吧。畢竟這么寶貴的電磁波，我們做什么不行，非要讓他代替火的功能？但事實(shí)就是這么巧合，微波爐還是被發(fā)明出來了，但是是作為以減副產(chǎn)品出現(xiàn)的。1946 年，Raytheon 公司的射頻工程師 Percy Spencer 正在研究一款雷達(dá)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇妙的現(xiàn)象：放在他口袋里的糖果融化了。當(dāng)時(shí)他只是在測試一款磁控管，房間里的溫度還不足以讓糖果融化。鬧心之余，Spencer 突然意識(shí)到，是不是電磁波讓糖果融化了。好奇心促使他繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，他將高密度電磁場放在一個(gè)金屬盒子里，他繼續(xù)測試其他食物放進(jìn)去，例如雞蛋，這些食物會(huì)爆炸并蓋住他的臉。第二天，他帶來了玉米粒進(jìn)行測試。磁控管微波把他們?nèi)颊?。他工作的辦公室里的每個(gè)人都想將他們的食物用于 Spencer 的發(fā)明。于是乎微波爐誕生了。下圖就是 Spencer 和他發(fā)明的微波爐。
世界上第一臺(tái)微波爐就這樣被雷聲公司的射頻工程師 Percy Spencer 研發(fā)出來了。1945 年 10 月 8 日，雷神公司為微波爐申請(qǐng)了專利，并取了一個(gè)漂亮的名字 —— Radarange。
在 1947 年，第一臺(tái)商用的微波爐推出市場，重量達(dá)到了 340 公斤，高 1.8 米，成本大約在 3000 美 ^_^ 金。當(dāng)時(shí)的一臺(tái)小型雷達(dá)的成本大約為 5000 美金。所以，不管你們用不用的起，我反正是用不起的。直到 1967 年，真正能夠家用的微波爐才被制造出來，它能夠被放置在臺(tái)面上，最主要的是售價(jià)降低到了 495 美金。
這種新型的食物加熱方法，受到了人們的追捧。就像現(xiàn)在什么高科技都喜歡帶上”量子“一樣，那個(gè)時(shí)候的“微波”可是網(wǎng)紅中的網(wǎng)紅。
到現(xiàn)在，微波爐幾乎進(jìn)入了千家萬戶，不管你們用沒有，反正我家用著挺方便的 —— 便宜，好用，物美價(jià)廉。
那么微波到底是如何加熱食物的呢？
我們都知道，如果想讓一個(gè)物體變熱的話，主要有兩種方式，一種是傳導(dǎo)加熱，一種是整體加熱。傳導(dǎo)加熱就是把加熱物體的表面，然后通過物體自身的熱傳導(dǎo)，讓熱量傳導(dǎo)到物體內(nèi)部；但是微波加熱是利用微波的穿透性，使得物體內(nèi)部分子按照電磁場的變化而變化，從而使得物體內(nèi)部分子產(chǎn)生碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量，是一種整體加熱。
從分子學(xué)的角度來講，很多分子都是電偶極子，比如水，水分子有兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成（H2O），它和其外部電荷構(gòu)成了一個(gè)整體，一個(gè)氧原子被兩個(gè)氫原子包圍，構(gòu)成一個(gè)電偶極子。當(dāng)周圍沒有外部電場時(shí)，水分子的電偶極子是平衡的，當(dāng)被放置在外部電場中時(shí)，電偶極子會(huì)隨著外部電場發(fā)生轉(zhuǎn)向，如下圖所示。電偶極子轉(zhuǎn)向的頻率和電場的變化頻率是一樣的。那么也就意味著當(dāng)微波爐內(nèi)的電磁場頻率為 2.45GHz 時(shí)，水分子電偶極子每秒鐘要轉(zhuǎn)向 2450000000 次。水分子這么暈頭轉(zhuǎn)向，其相互之間的碰撞也會(huì)非常激烈，這種碰撞和摩擦產(chǎn)生的能量就會(huì)以熱的方式釋放出來。
這種整體加熱法相對(duì)于傳導(dǎo)加熱有著很多的優(yōu)點(diǎn)，加熱快，熱的透，內(nèi)外一起加熱。所以一些帶殼的食物，比如雞蛋，板栗加熱的時(shí)候由于內(nèi)部熱膨脹會(huì)引起炸裂，不能直接放在微波爐里面加熱。當(dāng)然，2.45GHz 的微波是無法穿透金屬的。金屬容器也不能放在里面直接加熱，一個(gè)原因是熱不起來，還有可能導(dǎo)致空氣擊穿打火。
說到這里，不得不提一下，人體是含有不少的水分子的，所以人體也會(huì)被微波加熱的，這種熱是從內(nèi)到外一起熱，小心你的內(nèi)臟受不了哦。所以用微波來取暖這個(gè)想法就算了，我們?nèi)祟愡€是采用傳導(dǎo)取暖的好，最起碼有皮膚的保護(hù)。
本文來自微信公眾號(hào)：射頻學(xué)堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠
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