如今，微波爐已經(jīng)成了大多數(shù)家庭必備的廚房電器。它使用方便、快速，無(wú)論是你想加熱飯菜，或是臨時(shí)需要一杯溫水，只要放進(jìn)微波爐里“叮”一下，很快就能達(dá)成心愿。更重要的是，它不需要很麻煩地清洗，簡(jiǎn)直是懶人的福音啊！

微波爐是如此簡(jiǎn)單易用，以至于聰明的你不需要看說(shuō)明書就知道怎么去操作它。但如果要問你“微波爐是如何加熱食物的？它能做什么不能做什么？為什么有些東西不能放進(jìn)微波爐里加熱？”許多人就說(shuō)不出個(gè)所以然了。

今天我們就來(lái)聊聊微波爐里的科學(xué)。

微波爐上的貓，與薛定諤無(wú)關(guān)

微波爐是怎么發(fā)明出來(lái)的？

愛迪生團(tuán)隊(duì)希望制造一個(gè)能夠用電力照明的燈，使人們擺脫對(duì)油燈的依賴。經(jīng)過許多次挫折和反復(fù)試錯(cuò)，他們終于發(fā)明了可靠的電燈。許多產(chǎn)品在被創(chuàng)造出來(lái)之前，發(fā)明者都已經(jīng)有一個(gè)明確的目標(biāo)，并向著目標(biāo)反復(fù)探索和實(shí)驗(yàn)。但微波爐不是這樣，它完全是在制造雷達(dá)的過程中被無(wú)意發(fā)現(xiàn)，然后發(fā)明出來(lái)的。

沒想到吧，雷達(dá)是微波爐的祖先！

著名的雷神公司在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)就生產(chǎn)雷達(dá)。這種大型無(wú)線電天線可以向外發(fā)射電波，同時(shí)接收反射回來(lái)的電波波束，通過計(jì)算反射波的時(shí)間間隔和角度來(lái)判斷敵方飛機(jī)的距離和方位。雷達(dá)在當(dāng)時(shí)是先進(jìn)的武器，它上面的關(guān)鍵部件“磁控管”用來(lái)產(chǎn)生電磁波。有一天，雷神公司的工程師珀西.斯賓塞在測(cè)試一個(gè)新的磁控管時(shí)，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)自己口袋里的糖塊融化了，他懷疑是磁控管發(fā)射的電磁波造成的，于是他拿了一個(gè)生雞蛋來(lái)做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)斯賓塞將磁控管的電波波束對(duì)準(zhǔn)雞蛋時(shí)，雞蛋很快因內(nèi)部受熱而爆炸。隨后斯賓塞又拿磁控管加熱玉米粒，他很快得到了一堆爆米花。

這是雷神公司發(fā)出雷達(dá)波的磁控管，微波爐的跟它原理幾乎一樣

雷神公司得知斯賓塞的發(fā)現(xiàn)后，迅速注冊(cè)了“利用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行烹飪加工”的發(fā)明專利，并且很快就用磁控管造出了第一臺(tái)烹飪機(jī)器，他們給這個(gè)新機(jī)器起名叫“Radarange”，意思是“小范圍雷達(dá)”（這是純理科生起的名字）。后來(lái)，營(yíng)銷專家們覺得“微波”這個(gè)詞更加時(shí)髦（就像今天各種“量子”和“納米”滿天飛一樣），他們給新機(jī)器起名“microwave ovens”,后來(lái)干脆改叫“microwaves”，這就是微波爐的由來(lái)。

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微波為什么能加熱？

微波通常是指波長(zhǎng)在0.1mm~1m之間的電磁波，它的頻率范圍300MHz~3000GHz之間，在這個(gè)頻段里光量子的能量約為1.99×10?2? J~1.99×10?21 J。微波波段光子的能量不高，它不足以引起電離反應(yīng)，但可以像紅外線一樣加熱物體。

微波波譜

微波的物理特性通常表現(xiàn)在穿透、反射和吸收（部分吸收）三個(gè)方面：對(duì)于一些非極性物體如玻璃、陶瓷等，微波會(huì)直接穿過，很少與其中的原子發(fā)生相互作用；對(duì)于擁有大量自由電子的金屬物體，微波像可見光一樣很容易被反射；而水就很容易吸收微波而發(fā)熱。

一個(gè)物體能否容易被微波加熱，與它自身的介電常數(shù)相關(guān)。介電常數(shù)越大的物體越容易被加熱，反之，介電常數(shù)小于2.8則被稱為非極性物質(zhì)，它不容易受微波的影響?？諝獾慕殡姵?shù)為1.000585，它幾乎不受微波的影響；玻璃的相對(duì)介電常數(shù)大約為5~10；而水則達(dá)到81.5，因?yàn)樗肿语@現(xiàn)強(qiáng)極性。

水分子因其極性結(jié)合成氫鍵

水的強(qiáng)極性是由水分子的結(jié)構(gòu)決定的。我們知道水分子由一個(gè)氧原子與兩個(gè)氫原子構(gòu)成，這兩個(gè)氫原子與氧原子并不在同一條軸線上，兩個(gè)H-O原子鍵之間有一個(gè)104°28′的夾角，氫帶正電荷，氧攜帶負(fù)電荷，因此水分子對(duì)外具有極性。

水分子的極性

當(dāng)微波穿過水時(shí)，強(qiáng)極性的水分子會(huì)隨著微波快速變化的高頻電磁場(chǎng)不斷變化自己的方向，從而將微波場(chǎng)的場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為水分子的熱能，導(dǎo)致水的溫度迅速升高。食物中含水量越高，它就越容易被微波加熱。

微波爐不能加熱金屬，但它可以在金屬尖銳表面形成駐波，從而導(dǎo)致強(qiáng)放電現(xiàn)象，這有可能引起火災(zāi)。所以你最好不要把金屬物體放進(jìn)微波爐里，無(wú)論是碗碟還是刀叉。

微波能在金屬餐叉的尖端形成駐波

微波爐為什么不能殺死螞蟻？

有好事者做過實(shí)驗(yàn)，他們抓了幾只螞蟻放進(jìn)微波爐里打算對(duì)其施以酷刑，然而螞蟻在里邊爬來(lái)爬去，完全不把致命的微波當(dāng)回事，同樣的情形也發(fā)生在小蟑螂身上。這到底是為什么呢？難道是螞蟻對(duì)微波“免疫”？

這需要從微波爐的結(jié)構(gòu)說(shuō)起。

我們知道微波爐里都有一個(gè)磁控管，它可以產(chǎn)生微波波束。磁控管產(chǎn)生的微波通過一條金屬管傳遞到微波爐箱體的上方，那里有一個(gè)風(fēng)扇一樣的部件。這個(gè)“風(fēng)扇”是用來(lái)反射微波的，它利用微波碰到金屬會(huì)被反射的特點(diǎn)將微波波束掃射到箱體內(nèi)部四壁，使其在爐子里不斷地來(lái)回反射，直到照射到食物上被吸收為止。

微波在金屬箱體內(nèi)多次反射，最終聚在食物上

由于微波具有很強(qiáng)的方向性，所以在微波爐里總會(huì)有照射不到的地方，螞蟻就是在爐子里不斷地尋找微波的空隙。當(dāng)然了，螞蟻的身體很小，相比之下它的身體表面積非常大，可以更快地散熱，再加上它體內(nèi)含的水分少，這也是它容易生存下來(lái)的原因之一。如果你拿個(gè)膠帶把它固定在微波爐中間，它就死定了。

螞蟻能在微波爐里閃轉(zhuǎn)騰挪保住性命，說(shuō)明微波爐是有死角的

微波爐可以殺菌但不能消毒

如果你用微波爐加熱一條濕毛巾來(lái)對(duì)其消毒，這是可以做到的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)常見的細(xì)菌無(wú)法耐受高溫，同時(shí)微波可以破壞細(xì)菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)和氨基酸。

但研究結(jié)果表明，微波對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生的毒素沒什么作用，微波不能拿來(lái)消毒。

約旦大學(xué)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)將受到黃曲霉毒素污染的雞飼料放進(jìn)微波爐里，以2450MHz和1.45kW的高頻輸出，100％功率加熱2、4、8和10分鐘，檢測(cè)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微波只清除了22%~32%的黃曲酶，效果十分不理想。究其原因，一方面是殺死病毒需要200℃甚至更高的溫度，并且不留死角，這兩點(diǎn)微波爐都做不到。

微波爐清除黃曲霉毒素的效果不理想，它不適合用來(lái)消毒

微波會(huì)致癌？

總體來(lái)說(shuō)，微波爐是很安全的。

我們前面介紹了，微波是非電離輻射的電磁波，它的能量比較低，只會(huì)對(duì)物質(zhì)有加熱作用，不會(huì)電離原子外層的電子。微波主要用于通信，因?yàn)樗哂行畔⑿院椭赶蛐?。目前世界多個(gè)國(guó)家也研制了一些非致命的微波武器，它主要也是利用微波加熱的原理，用來(lái)驅(qū)趕敵方。

新型大功率微波武器，可用來(lái)驅(qū)趕人群，還可以“擊落”無(wú)人機(jī)

微波爐里的微波從理論上不會(huì)被泄漏出來(lái)。這是因?yàn)槲⒉t的電磁波頻率被限定在2450MHz的標(biāo)準(zhǔn)，由波長(zhǎng)λ=c/f，我們可以計(jì)算出微波爐中微波的波長(zhǎng)為122毫米，微波爐箱體四周的金屬板的小孔最大也只有2毫米左右，因此微波很難泄漏出來(lái)，人站在附近是安全的。

微波加熱的食物會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)嗎？

我們前面介紹了，微波主要是通過振動(dòng)食物中的水分子來(lái)加熱食物，因此它不會(huì)破壞食物中的有益成分。

肉類如果過度加熱，它有可能生成過量的雜環(huán)芳香胺（HCAs）和多環(huán)芳烴（PAHs），這些物質(zhì)被認(rèn)為有更多的致癌風(fēng)險(xiǎn)，如果你在燒烤時(shí)把肉烤焦了，我建議你最好不要再吃它，因?yàn)闊沟娜饫镞呌懈嗟腍CAs和PAHs。但微波爐加熱的食物很難達(dá)到這么高的溫度，因此總體上用微波爐加熱食物是安全的。你大可不必?fù)?dān)心。

微波食物沒有燒烤美味，但它不容易致癌