從家用微波爐了解微波工作原理

從家用微波爐了解微波工作原理

微波爐的關鍵部件是磁控管。這個名字聽起來像是某部科幻電影中的軍事裝備——這種先進真空管所產生的微波確實威力巨大，足夠用于軍用雷達（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生的熱量從外部加熱食物，而是讓微波穿透食物，在其內部產生熱量。

自上世紀50年代以來，微波爐走入了人們的生活，然而有些人似乎仍舊對這一技術感到擔憂，他們擔心微波會通過爐門飛射出來，危害我們的身體——特別是我們的眼睛。其實這種情況不會出現，因為微波會被嵌埋在爐門玻璃夾層中的金屬絲網反射回去。美國弗吉尼亞大學物理學教授路易斯•A•布盧姆菲爾德（Louis A. Bloomfield）說：“金屬絲網的孔洞比微波波長小很多，因此它可以起到實體金屬反射鏡一樣的作用”。

若干年前，一些營養學家擔心微波會破壞食物中的營養成分。但是，一些研究卻得出與此相反的結論：所有的烹飪方法都會破壞維生素，破壞程度視溫度高低和烹飪時間長短而定。大多數研究表明，微波爐不會產生極端高溫，與燃氣灶或烤箱相比，它所需要的烹飪時間實際上更少。用煮的方法加熱食物，對維生素和營養成分的破壞反而特別嚴重。

微波爐是否會影響Wi-Fi網絡？這是最近出現的一種擔憂。嚴格密封的微波爐不會出現這種情況，因為電磁波輻射無法從微波爐中泄漏出來。但是極少量微波的泄漏仍可能帶來一些干擾。布盧姆菲爾德說：“無線傳輸對電磁輻射極為敏感，十億分之一數量級的泄漏量對我們的身體來說決不會有絲毫感覺，但是會使Wi-Fi信號受到影響”。

水分子存在于大多數食物中。水分子的“兩端”分別帶有正電荷和負電荷。電場會使水分子的正電荷端指向同一個方向。微波電場的正、負極方向每秒鐘轉換49億次，水分子也不停地隨之轉換方向。隨著水分子不斷轉向，彼此發生碰撞，相互摩擦進而產生熱量。陶瓷和玻璃容器中不含水分，因而不會發熱，但變熱的食物會通過熱傳導使它們變熱。

變壓器、二極管和電容器將民用電從220V提升到3000V以上，通過導線將高壓電送往磁控管。磁控管產生微波，微波由天線送出，經由波導管（waveguide）進入爐腔，爐腔的金屬腔壁不斷反射微波。旋轉的玻璃托盤會讓食物均勻受熱。一些型號的微波爐中沒有玻璃托盤，但波導管端部有一個旋轉小葉片，它能將微波完全散布開。

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

◆呼呼聲：微波爐發出的呼呼聲與磁控管無關，磁控管的諧振頻率很高，遠高于人耳所能聽見的聲音頻率。這種噪聲來自用于給磁控管降溫的風扇。

◆嗡嗡聲：微波爐還會產生一種嗡嗡聲。這種噪聲來自于變壓器、二極管和電容器。它們在將電源插座50赫茲電流的電壓逐漸升高時會產生振動，發出嗡嗡聲。

◆火花：大家都認為金屬物件會導致微波爐內部產生火花，但是情況并非完全如此。實際上微波爐的腔壁就是金屬制造的。火花由帶電粒子積聚而引起，當很短距離上電壓發生大幅度改變時，這些帶電粒子就會突然發出弧光。一塊扁平的圓形金屬盤，會讓電荷分散到周圍空間中，防止電荷堆積；那些可用微波爐加熱的比薩餅托盤，或者是三明治套袋，上面就有一種金屬涂層，它們會變得很熱，把食物烤熟，卻不會產生火花。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，便會集聚電荷，還會導致局部電壓下降，這樣便會產生電暈放電（corona discharge），也就是我們看見的火花。

◆解凍：以前的微波爐在“解凍”或低功率模式下工作時，并不是采用調節磁控管功率大小的方法，而是靠不斷打開和關閉磁控管來實現。因此，在烹飪的過程中，磁控管是斷斷續續地滿負荷工作的，我們用耳朵就可以清楚地聽到它的不斷開啟和關閉。一些新型微波爐采用了一種脈寬調制器（pulsewidth modulator），這塊巨大的電路板能調節變壓器的功率，從而減小微波爐的功率。

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