晚餐和表演——微波爐的工作原理知識

用微波爐加熱速凍晚餐背後的科學

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偶爾提醒自己一些最常見的裝置有多麼出色是一種享受。一個典型的微波爐將來自 120 伏牆壁插座的電力提升到令人難以置信的 3,000 伏或更高,並在短短一兩分鐘內安全地烹飪食物,但它的成本卻低於一雙好鞋。而且我們可以透過方便的視窗觀看“表演”。

關鍵部件是磁控管。雖然這個名字讓人聯想到一些可疑科幻電影中的硬體,但這種精密的真空管產生的微波足以用於軍用雷達(最初就是為此開發的)。微波不是像火焰或電熱絲那樣從外部加熱食物,而是穿透食物並從內部產生熱量。

幻燈片展示:微波爐內部結構


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儘管微波爐自 20 世紀 50 年代就開始銷售,但有些人似乎仍然對這項技術持謹慎態度。經典的擔憂是:微波會不會穿過窗戶,傷害我們的身體——尤其是眼睛?不會。微波會被玻璃中嵌入的金屬網反射。“網孔遠小於微波的波長,因此金屬網就像一面堅固的金屬鏡子,”弗吉尼亞大學物理學教授路易斯·A·布盧姆菲爾德指出。

幾年前,營養學家們提出了微波爐會減少食物中營養物質的擔憂。但實際上,研究表明情況恰恰相反。所有烹飪方法都會破壞維生素;損害程度取決於溫度和烹飪時間的長短。大多數研究表明,微波爐的溫度較低,而且實際上比爐灶或烤箱烹飪方法所需的時間更少。水煮食物尤其有害。

最近的一個爭議是微波爐是否會干擾 Wi-Fi 網路。密封良好的微波爐不會造成干擾,因為電磁輻射無法逸出。但微小的洩漏可能會引起問題。“無線傳輸對電磁輻射非常敏感,”布盧姆菲爾德說。“因此,即使洩漏量只有十億分之一,我們的身體也永遠不會注意到,但 Wi-Fi 訊號可能會受到影響。”

你知道嗎 ... 呼呼聲: 
微波爐發出的呼呼聲與磁控管無關,磁控管的共振頻率遠高於人類聽力範圍。噪音來自風扇,風扇吹過磁控管以保持其冷卻。

嗡嗡聲: 
微波爐也會發出嗡嗡聲。它來自變壓器、二極體和電容器,它們在將來自牆壁插座的 60 赫茲電力升壓時會振動。

火花: 
儘管人們普遍認為金屬會導致微波爐內部產生火花;但實際上,烹飪室的壁也是金屬的。形狀很重要。火花是由帶電粒子的積聚引起的,當它們受到在短距離內急劇變化的電壓推動時,會突然放電。扁平、圓形的金屬盤會將其周圍的電荷分散開來,防止積聚;一些微波爐比薩餅下方的“脆化”托盤和包裹某些食物(如熱口袋三明治)的套筒都有金屬塗層,這些塗層會變得非常熱並使食物變褐,但不會產生火花。但是,更尖銳的點,例如叉子的尖齒或鋁箔中的許多小邊緣,會集中電荷,並導致區域性電壓下降,從而共同產生電暈放電——火花。

解凍: 
幾十年來,微波爐透過簡單地開啟和關閉磁控管來實現“解凍”或任何低功率設定,這樣它只會在總烹飪時間的一部分時間內產生全功率微波——這是一個清晰可聞的迴圈。一些新型號配備了脈衝寬度調製器——一種大型電子電路,可以削減變壓器的功率,從而降低微波的功率。

注意:本文最初以標題“晚餐和表演”發表。

馬克·費斯切蒂 擔任《大眾科學》高階編輯已有 17 年,報道了可持續發展問題,包括氣候、天氣、環境、能源、食物、水、生物多樣性、人口等等。他負責委派和編輯記者和科學家撰寫的專題文章、評論和新聞,也以這些形式進行寫作。他編輯雜誌的“歷史”欄目,該欄目著眼於貫穿始終的科學進步。他是兩本衍生雜誌的創始執行編輯:《大眾科學·思想》和《大眾科學·地球 3.0》。他在 2001 年為該雜誌撰寫的自由撰稿文章《淹沒新奧爾良》預測了像卡特里娜颶風這樣的風暴將給這座城市帶來的廣泛災難。他的影片 人死後你的身體會發生什麼? 在 YouTube 上的觀看次數超過 1200 萬次。費斯切蒂曾為《紐約時報》、《體育畫報》、《史密森尼》、《技術評論》、《快公司》等眾多媒體撰寫自由撰稿文章。他與全球資訊網的發明者蒂姆·伯納斯-李合著了《編織網路》一書,該書講述了全球資訊網是如何建立的真實故事。他還與微生物學家埃莉諾·列維合著了《新殺手疾病》。費斯切蒂曾任《IEEE Spectrum Magazine》和《Family Business Magazine》的執行編輯。他擁有物理學學位,曾兩次擔任路易斯安那州百年學院公民文化阿塔韋研究員,該學院授予他榮譽博士學位。2021 年,他獲得了美國地球物理聯合會的羅伯特·C·考恩科學新聞持續成就獎,該獎項旨在表彰他在地球和空間科學領域的傑出報道職業生涯。他曾在 NBC 的《與媒體見面》、CNN、歷史頻道、NPR 新聞和許多新聞廣播電臺節目中露面。在 X(前身為 Twitter)上關注費斯切蒂 @markfischetti

更多作者:馬克·費斯切蒂
大眾科學 Magazine Vol 299 Issue 5本文最初以標題“微波爐的工作原理”發表於 《大眾科學》雜誌 第 299 卷 第 5 期(
doi:10.1038/scientificamerican112008-5x0rUFMxutiOjPda6gim6c
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