微波炉加热原理(微波炉加热原理是利用电能直接转化为内能)

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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"。

图片来源：微博

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。

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。

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。

微波炉是利用微波来加热食物的（图片来自https://www.pngwave.com/png-clip-art-aefdz）

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。

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。

水分子示意图(图片来源：作者自制)

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。

介电质的极化（图片来自：参考资料1）

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。

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。

微波炉加热食品主要加热的是食品里面的水分（参考资料2）

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？

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。

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。

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。

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。

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。

被微波炉烧掉的纸币（图片来自https://eunited.com.my/366002/）

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。

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。

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？

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。

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。

雷神公司制造的Raydarange 微波炉(图片来自 http://www.technologyvista.in)

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。

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。

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。

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。

Tappan RL-1 壁挂式微波炉。（图片来源：参考资料3）

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。

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。

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。

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

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。

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。

参考资料：

1、Polarization of Dielectric

http://hydrogen.physik.uni-wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hba/electric/dielec.html

2 Microwave oven operating principle.

3.Tappan Model RL-1 Microwave Oven.

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