射频科普：关于微波炉，你了解多少？

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今天我们来一起学习一个我们日常生活中最常用的一款微波仪器 —— 微波炉。说到”微波炉“，大家都很熟悉，就是可以加热食物。那微波到底是怎么加热食物的呢？微波炉到底对人体有没有害？可能很多射频人也不清楚怎么解释。小木匠就碰到过一次这个问题。今天我们大家一起来把它搞清楚。

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微波炉是怎么来的？

我们加热食物的方法有很多种，很早很早以前，我们的祖先就学会了用火来加热食物。钻木取火，点火石的出现，让人类用火变得方便起来。微波是怎么来的呢？关注射频学堂的同学都知道，当麦克斯韦老先生在总结了前人的基础上，总结出了伟大的”麦克斯韦方程组“，这个方程组直接预言了电磁波的存在，赫兹前辈的实验证明了电磁波的存在，至此人们开启了利用电磁波的时代，马可尼跨大西洋通信，无线电报，移动通信，到现在的 5G 时代，都离不开电磁波这个信息的最佳载体。而微波就是电磁波的一种，其频率从 300MHz 到 300GHz 的这一段电磁波。

正常来说，科学家很难想象用微波去加热食物，应该也没有多大兴趣去做这件事吧。毕竟这么宝贵的电磁波，我们做什么不行，非要让他代替火的功能？但事实就是这么巧合，微波炉还是被发明出来了，但是是作为以减副产品出现的。1946 年，Raytheon  公司的射频工程师 Percy Spencer 正在研究一款雷达项目，在实验的过程中，发现了一个奇妙的现象：放在他口袋里的糖果融化了。当时他只是在测试一款磁控管，房间里的温度还不足以让糖果融化。闹心之余，Spencer 突然意识到，是不是电磁波让糖果融化了。好奇心促使他继续进行试验，他将高密度电磁场放在一个金属盒子里，他继续测试其他食物放进去，例如鸡蛋，这些食物会爆炸并盖住他的脸。第二天，他带来了玉米粒进行测试。磁控管微波把他们全都炸了。他工作的办公室里的每个人都想将他们的食物用于 Spencer 的发明。于是乎微波炉诞生了。下图就是 Spencer 和他发明的微波炉。

世界上第一台微波炉就这样被雷声公司的射频工程师 Percy Spencer 研发出来了。1945 年 10 月 8 日，雷神公司为微波炉申请了专利，并取了一个漂亮的名字 —— Radarange。

在 1947 年，第一台商用的微波炉推出市场，重量达到了 340 公斤，高 1.8 米，成本大约在 3000 美 ^_^ 金。当时的一台小型雷达的成本大约为 5000 美金。所以，不管你们用不用的起，我反正是用不起的。直到 1967 年，真正能够家用的微波炉才被制造出来，它能够被放置在台面上，最主要的是售价降低到了 495 美金。

这种新型的食物加热方法，受到了人们的追捧。就像现在什么高科技都喜欢带上”量子“一样，那个时候的“微波”可是网红中的网红。

到现在，微波炉几乎进入了千家万户，不管你们用没有，反正我家用着挺方便的 —— 便宜，好用，物美价廉。

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那么微波到底是如何加热食物的呢？

我们都知道，如果想让一个物体变热的话，主要有两种方式，一种是传导加热，一种是整体加热。传导加热就是把加热物体的表面，然后通过物体自身的热传导，让热量传导到物体内部；但是微波加热是利用微波的穿透性，使得物体内部分子按照电磁场的变化而变化，从而使得物体内部分子产生碰撞和摩擦产生热量，是一种整体加热。

从分子学的角度来讲，很多分子都是电偶极子，比如水，水分子有两个氢原子和一个氧原子构成（H2O），它和其外部电荷构成了一个整体，一个氧原子被两个氢原子包围，构成一个电偶极子。当周围没有外部电场时，水分子的电偶极子是平衡的，当被放置在外部电场中时，电偶极子会随着外部电场发生转向，如下图所示。电偶极子转向的频率和电场的变化频率是一样的。那么也就意味着当微波炉内的电磁场频率为 2.45GHz 时，水分子电偶极子每秒钟要转向 2450000000 次。水分子这么晕头转向，其相互之间的碰撞也会非常激烈，这种碰撞和摩擦产生的能量就会以热的方式释放出来。

这种整体加热法相对于传导加热有着很多的优点，加热快，热的透，内外一起加热。所以一些带壳的食物，比如鸡蛋，板栗加热的时候由于内部热膨胀会引起炸裂，不能直接放在微波炉里面加热。当然，2.45GHz 的微波是无法穿透金属的。金属容器也不能放在里面直接加热，一个原因是热不起来，还有可能导致空气击穿打火。

说到这里，不得不提一下，人体是含有不少的水分子的，所以人体也会被微波加热的，这种热是从内到外一起热，小心你的内脏受不了哦。所以用微波来取暖这个想法就算了，我们人类还是采用传导取暖的好，最起码有皮肤的保护。

本文来自微信公众号：射频学堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠