從家用微波爐了解微波工作原理

微波爐的關(guān)鍵部件是磁控管。這個(gè)名字聽(tīng)起來(lái)像是某部科幻電影中的軍事裝備——這種先進(jìn)真空管所產(chǎn)生的微波確實(shí)威力巨大，足夠用于軍用雷達(dá)（這也是研制磁控管的最初目的）。微波爐不是用火焰或線圈產(chǎn)生的熱量從外部加熱食物，而是讓微波穿透食物，在其內(nèi)部產(chǎn)生熱量。

自上世紀(jì)50年代以來(lái)，微波爐走入了人們的生活，然而有些人似乎仍舊對(duì)這一技術(shù)感到擔(dān)憂，他們擔(dān)心微波會(huì)通過(guò)爐門(mén)飛射出來(lái)，危害我們的身體——特別是我們的眼睛。其實(shí)這種情況不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)槲⒉〞?huì)被嵌埋在爐門(mén)玻璃夾層中的金屬絲網(wǎng)反射回去。美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)物理學(xué)教授路易斯•A•布盧姆菲爾德（Louis A. Bloomfield）說(shuō)：“金屬絲網(wǎng)的孔洞比微波波長(zhǎng)小很多，因此它可以起到實(shí)體金屬反射鏡一樣的作用”。

若干年前，一些營(yíng)養(yǎng)學(xué)家擔(dān)心微波會(huì)破壞食物中的營(yíng)養(yǎng)成分。但是，一些研究卻得出與此相反的結(jié)論：所有的烹飪方法都會(huì)破壞維生素，破壞程度視溫度高低和烹飪時(shí)間長(zhǎng)短而定。大多數(shù)研究表明，微波爐不會(huì)產(chǎn)生極端高溫，與燃?xì)庠罨蚩鞠湎啾?，它所需要的烹飪時(shí)間實(shí)際上更少。用煮的方法加熱食物，對(duì)維生素和營(yíng)養(yǎng)成分的破壞反而特別嚴(yán)重。

微波爐是否會(huì)影響Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)？這是最近出現(xiàn)的一種擔(dān)憂。嚴(yán)格密封的微波爐不會(huì)出現(xiàn)這種情況，因?yàn)殡姶挪ㄝ椛錈o(wú)法從微波爐中泄漏出來(lái)。但是極少量微波的泄漏仍可能帶來(lái)一些干擾。布盧姆菲爾德說(shuō)：“無(wú)線傳輸對(duì)電磁輻射極為敏感，十億分之一數(shù)量級(jí)的泄漏量對(duì)我們的身體來(lái)說(shuō)決不會(huì)有絲毫感覺(jué)，但是會(huì)使Wi-Fi信號(hào)受到影響”。

水分子存在于大多數(shù)食物中。水分子的“兩端”分別帶有正電荷和負(fù)電荷。電場(chǎng)會(huì)使水分子的正電荷端指向同一個(gè)方向。微波電場(chǎng)的正、負(fù)極方向每秒鐘轉(zhuǎn)換49億次，水分子也不停地隨之轉(zhuǎn)換方向。隨著水分子不斷轉(zhuǎn)向，彼此發(fā)生碰撞，相互摩擦進(jìn)而產(chǎn)生熱量。陶瓷和玻璃容器中不含水分，因而不會(huì)發(fā)熱，但變熱的食物會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)使它們變熱。

變壓器、二極管和電容器將民用電從220V提升到3000V以上，通過(guò)導(dǎo)線將高壓電送往磁控管。磁控管產(chǎn)生微波，微波由天線送出，經(jīng)由波導(dǎo)管（waveguide）進(jìn)入爐腔，爐腔的金屬腔壁不斷反射微波。旋轉(zhuǎn)的玻璃托盤(pán)會(huì)讓食物均勻受熱。一些型號(hào)的微波爐中沒(méi)有玻璃托盤(pán)，但波導(dǎo)管端部有一個(gè)旋轉(zhuǎn)小葉片，它能將微波完全散布開(kāi)。

高壓電被傳送到陰極燈絲。燈絲變熱后便會(huì)發(fā)射出電子，這些電子被外圍帶正電的陽(yáng)極板吸引。一些大磁鐵塊施加的磁場(chǎng)使向外流動(dòng)的電子云旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，電子云形成輪輻狀，從陽(yáng)極板之間的每一個(gè)空腔中穿過(guò)。移動(dòng)著的電子云“輪輻”將負(fù)電荷傳遞給空腔，此后負(fù)電荷又會(huì)在下一個(gè)“輪輻”到達(dá)之前流出空腔。負(fù)電荷的反復(fù)增減在空腔內(nèi)產(chǎn)生出2.45千兆赫茲的振蕩電磁場(chǎng)。磁控管上的天線以這一頻率發(fā)生諧振，從其頂部尖端發(fā)射出微波——這和無(wú)線電傳輸天線的原理幾乎一模一樣。

◆呼呼聲：微波爐發(fā)出的呼呼聲與磁控管無(wú)關(guān)，磁控管的諧振頻率很高，遠(yuǎn)高于人耳所能聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率。這種噪聲來(lái)自用于給磁控管降溫的風(fēng)扇。

◆嗡嗡聲：微波爐還會(huì)產(chǎn)生一種嗡嗡聲。這種噪聲來(lái)自于變壓器、二極管和電容器。它們?cè)趯㈦娫床遄?0赫茲電流的電壓逐漸升高時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出嗡嗡聲。

◆火花：大家都認(rèn)為金屬物件會(huì)導(dǎo)致微波爐內(nèi)部產(chǎn)生火花，但是情況并非完全如此。實(shí)際上微波爐的腔壁就是金屬制造的?；鸹ㄓ蓭щ娏Ｗ臃e聚而引起，當(dāng)很短距離上電壓發(fā)生大幅度改變時(shí)，這些帶電粒子就會(huì)突然發(fā)出弧光。一塊扁平的圓形金屬盤(pán)，會(huì)讓電荷分散到周?chē)臻g中，防止電荷堆積；那些可用微波爐加熱的比薩餅托盤(pán)，或者是三明治套袋，上面就有一種金屬涂層，它們會(huì)變得很熱，把食物烤熟，卻不會(huì)產(chǎn)生火花。但是一些帶有尖端的金屬物件，例如叉子的叉尖或鋁箔的許多薄邊，便會(huì)集聚電荷，還會(huì)導(dǎo)致局部電壓下降，這樣便會(huì)產(chǎn)生電暈放電（corona discharge），也就是我們看見(jiàn)的火花。

◆解凍：以前的微波爐在“解凍”或低功率模式下工作時(shí)，并不是采用調(diào)節(jié)磁控管功率大小的方法，而是靠不斷打開(kāi)和關(guān)閉磁控管來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在烹飪的過(guò)程中，磁控管是斷斷續(xù)續(xù)地滿負(fù)荷工作的，我們用耳朵就可以清楚地聽(tīng)到它的不斷開(kāi)啟和關(guān)閉。一些新型微波爐采用了一種脈寬調(diào)制器（pulsewidth modulator），這塊巨大的電路板能調(diào)節(jié)變壓器的功率，從而減小微波爐的功率。

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