天天實時：射頻科普：關于微波爐，你了解多少？
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(資料圖片)
今天我們來一起學習一個我們日常生活中最常用的一款微波儀器 —— 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，我們的祖先就學會了用火來加熱食物。鉆木取火，點火石的出現(xiàn)，讓人類用火變得方便起來。微波是怎么來的呢？關注射頻學堂的同學都知道，當麥克斯韋老先生在總結了前人的基礎上，總結出了偉大的”麥克斯韋方程組“，這個方程組直接預言了電磁波的存在，赫茲前輩的實驗證明了電磁波的存在，至此人們開啟了利用電磁波的時代，馬可尼跨大西洋通信，無線電報，移動通信，到現(xiàn)在的 5G 時代，都離不開電磁波這個信息的最佳載體。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，科學家很難想象用微波去加熱食物，應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 正在研究一款雷達項目，在實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個奇妙的現(xiàn)象：放在他口袋里的糖果融化了。當時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 突然意識到，是不是電磁波讓糖果融化了。好奇心促使他繼續(xù)進行試驗，他將高密度電磁場放在一個金屬盒子里，他繼續(xù)測試其他食物放進去，例如雞蛋，這些食物會爆炸并蓋住他的臉。第二天，他帶來了玉米粒進行測試。磁控管微波把他們全都炸了。他工作的辦公室里的每個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了專利，并取了一個漂亮的名字 —— Radarange。
在 1947 年，第一臺商用的微波爐推出市場，重量達到了 340 公斤，高 1.8 米，成本大約在 3000 美 ^_^ 金。當時的一臺小型雷達的成本大約為 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，它能夠被放置在臺面上，最主要的是售價降低到了 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，那個時候的“微波”可是網(wǎng)紅中的網(wǎng)紅。
到現(xiàn)在，微波爐幾乎進入了千家萬戶，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，如果想讓一個物體變熱的話，主要有兩種方式，一種是傳導加熱，一種是整體加熱。傳導加熱就是把加熱物體的表面，然后通過物體自身的熱傳導，讓熱量傳導到物體內部；但是微波加熱是利用微波的穿透性，使得物體內部分子按照電磁場的變化而變化，從而使得物體內部分子產(chǎn)生碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量，是一種整體加熱。
從分子學的角度來講，很多分子都是電偶極子，比如水，水分子有兩個氫原子和一個氧原子構成（H2O），它和其外部電荷構成了一個整體，一個氧原子被兩個氫原子包圍，構成一個電偶極子。當周圍沒有外部電場時，水分子的電偶極子是平衡的，當被放置在外部電場中時，電偶極子會隨著外部電場發(fā)生轉向，如下圖所示。電偶極子轉向的頻率和電場的變化頻率是一樣的。那么也就意味著當微波爐內的電磁場頻率為 2.45GHz 時，水分子電偶極子每秒鐘要轉向 2450000000 次。水分子這么暈頭轉向，其相互之間的碰撞也會非常激烈，這種碰撞和摩擦產(chǎn)生的能量就會以熱的方式釋放出來。
這種整體加熱法相對于傳導加熱有著很多的優(yōu)點，加熱快，熱的透，內外一起加熱。所以一些帶殼的食物，比如雞蛋，板栗加熱的時候由于內部熱膨脹會引起炸裂，不能直接放在微波爐里面加熱。當然，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，一個原因是熱不起來，還有可能導致空氣擊穿打火。
說到這里，不得不提一下，人體是含有不少的水分子的，所以人體也會被微波加熱的，這種熱是從內到外一起熱，小心你的內臟受不了哦。所以用微波來取暖這個想法就算了，我們人類還是采用傳導取暖的好，最起碼有皮膚的保護。
本文來自微信公眾號：射頻學堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠
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