微波炉的发明与应用（上）

随着人们生活水平的不断提高，微波炉正逐渐走进千家万户。微波烹调具有加热速度快、热效率高、节约能源、减少油烟和炽热空气、不污染环境、保鲜程度高、绿色环保等优点，因而备受人们的青睐。下面我们就谈谈有关微波炉的问题。

一、什么是微波

微波是一种波长很短（从1 毫米至1 米）、频率很高（300 兆赫至300万兆赫）的电磁波，其波长介于无线电波与红外线之间，它与无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ 射线等都是电磁波家族的成员。微波具有反射、穿透、吸收三种特性。目前，它被广泛地应用于微波炉、气象雷达、导航和移动通信等诸多方面。

二、微波炉的发明

朋友们，你知道微波炉是怎样被发明的吗？说来你也许不会相信，它的发明是从一块巧克力糖熔化开始的。

那是1946年的一天，美国雷锡恩公司的几位工程技术人员正在做雷达振荡器启振实验，一位名叫斯潘塞的工程技术员，被分工做波长为25 厘米的微波在空间分布状态的研究工作。当一切准备工作就绪后，电源接通了，雷达就开始工作了，它发射出强大的电磁波。正当斯潘塞在全神贯注地研究电磁波的短波时，他的一位同事突然发现斯潘塞的上衣口袋处出现了一片类似血迹的殷红色污斑，于是他大叫道：“斯潘塞，你受伤了！”听到了同事的惊叫声，斯潘塞也大吃一惊，真的以为什么地方碰伤了，可经解开衬衣仔细检查，皮肉丝毫无损。原来是上衣口袋里的一块巧克力糖熔化了，因此他们虚惊了一场。

对于这一奇特现象，一般人可能会认为，是他身上的体温使巧克力糖熔化，然而斯潘塞却没有按照这种逻辑去判断这件事。相反，思维敏捷的他给出了一个更为科学的猜想：是肉眼看不见的微波将其“煮熟”了。由此给斯潘塞发明微波炉带来了契机。

斯潘塞根本顾不上清理衣服上粘满的巧克力，他立即派人取来一袋做爆米花用的玉米粒。他将玉米粒放在磁电管附近，几分钟之内，爆米花在实验室里飞溅了一地。

次日，斯潘塞又带了几枚生鸡蛋来到实验室。他在一个容器上凿了一个孔，将一枚生鸡蛋放入容器中，然后将小孔对准磁电管。一位好奇的同事由于凑得太近，最后脸上糊满了鸡蛋。斯潘塞立即意识到鸡蛋是由内向外被加热的，由此产生的压力使蛋壳炸裂。于是他想：如果微波如此不同寻常，能够快速煮熟鸡蛋，那么其他食物呢？

斯潘塞继续实验磁电管。他用微波直接照射在食物上，发现微波的电磁作用可以使食物的分子被极化。又因为微波在食物中产生的是高频交变电场，故分子极化的极性也就随电场的变化而快速地改变，由此引起食物内部分子的振荡、摩擦而发热，使电磁能转化为内能。上述巧克力糖的熔化正是微波作用的结果。

根据这一原理，斯潘塞自己动手于1947 年研制出了世界上第一个微波炉，并将其作为一种烹饪美食的新工具推向市场。最早上市的微波炉大约有6 英尺（约合1.8米）高，重达750 磅（约合340 千克），还必须用冷水冷却。用微波炉加热食物时，由于是在食物内外同时加热，这样既节省了时间，又节约了能量，同时还不会破坏食物的结构，因而食物原有的色、香、味不变，并且还不会造成对食物营养的破坏。这种产品一问世便受到了人们的热烈欢迎。在以后的岁月里，技术人员不断缩小微波炉的尺寸。今天，微波炉已成为我们日常生活中的一部分。

微波炉的工作频率多选用915兆赫或2450兆赫，这是为了不干扰雷达和其他通信系统的正常工作。由于微波碰到金属会被反射回来，因此微波炉的内壁是采用经特殊方法处理的不锈钢板等特殊材料制成的。这样不仅可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康；同时还可以提高能源的利用率，达到节约能源的目的。微波炉的心脏磁控管不在底部，而是在微波炉的顶部，它能辐射出微波。这是一种看不见的电磁波，照射在理想导电金属表面上，将会被全反射；照射在介质表面上，只有一小部分被反射，而大部分则能穿透到介质内部，并在介质内部逐渐被吸收而转变为热能。其穿透的深度主要决定于介质的介电常数和电磁波频率的高低。微波在炉内壁来回反射，它可以穿透一般的陶瓷器皿、玻璃、耐热塑料、木器、竹器等绝缘材料制成的盛装食物的容器。各种食物均可吸收微波，它可一次穿透几厘米厚的食物。

三、微波加热原理

微波炉加热食物（介质）就是介质与微波电磁场产生相互作用的结果，它利用磁控管所产生的每秒几十亿次的超高频率的微波，快速振荡食物内的蛋白质、脂肪、糖类、水等分子，使分子之间相互碰撞、挤压、摩擦，重新排列组合。通俗地说，是靠食物本身内部的生热原理来加热食物的。

根据物理理论可知，介质分子可以分为有极分子和无极分子两大类。有极分子的正、负电荷中心是不重合的，其间有一定的距离，可等效为一个电偶极子。在外电场的作用下，原来杂乱无章的有极分子沿着外电场方向转化，产生转向极化。如果外电场是交变的，那么有极分子也要随电场的变化而不断改变方向。

作为食品的有机物，可以看作是由电介质的极性分子以及电解质的离子和电子组成的，食品物料的分子都是由原子组成的，每个原子均带有等量的正电荷和负电荷。在没有外电场作用时，分子的正、负电荷中心是否互相重合，决定了电介质分子极性的大小。正、负电荷中心相重合的分子，其分子结构是对称的，称为无极分子，如食物中的碳、碳氢化合物等。对于正、负电荷中心不重合的分子，由于其分子结构不对称，称为有极分子，如水、动植物胶、血红蛋白等。

当食物被放进炉腔的微波场中，在外电场的作用下，无极分子（先被极化为有极分子）和有极分子的取向都会随着微波场而变化，必将产生旋转，并沿着电场方向有序地排列，当电场方向频繁地改变时，有极分子的排列方向也随之频繁地改变。在变向旋转的过程中产生分子间的摩擦、碰撞及相互挤压，消耗电场能量而转化为内能。

对于食品中的电解质，除了上述作用外，离子在电场力的作用下加速移动，使电能转化为离子的动能，移动方向随着电场的变化而变化。离子在移动的过程中互相碰撞释放动能而转化为内能，也就是说，离子从微波电场中得到动能，再转化为内能，从而使物体的温度不断地升高。

由上述分析可见，对于由有极分子组成的物体，交变电场就容易对它进行加热。