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中国科学探索中心|微波炉是如何加热食物的？


在生活中 ， 我们经常会用到微波炉来加热食品 ， 比如天冷的时候想喝热牛奶 ， 很多人就会用微波炉把现有的牛奶加热一下 ， 从而让牛奶变得更温暖、更香醇 。
除了牛奶以外 ， 微波炉更多的应用可能就是加热饭菜 。 在各种便利店里 ， 我们都能找到微波炉的身影 。 把买到的食物放到微波炉里加热 ， 方便快捷 。

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微波炉的加热功能非常强大 ， 短短几十秒甚至几秒钟就可以把食品加热到适合我们食用的温度 ， 比用锅煮还要快 。 那么 ， 微波炉到底是如何加热食物的呢？
微波是电磁波的一种 ， 它的传播速度跟光速一样 ， 当然 ， 同样也沿直线传播 。 此外 ， 微波还具有穿透（如玻璃）、吸收（如水、食物）和反射（如金属）的特性 ， 当它经过不同的物质时便会展现出不同的特性 。
从下图可以看到 ， 在电磁波中 ， 微波的波长其实是属于相对较大的 ， 它的波长在1毫米以上（小于1米） ， 而我们的可见光（红橙黄绿青蓝紫）的波长是在380纳米到760纳米之间 ， 相差了一千倍以上 ， 所以微波的波长并不“微” 。
这是因为在20世纪初 ， 人们通常使用天线来产生电磁波 ， 而那个时候产生的无线电波的波长是几米到几十米级别的 ， 所以相比之下 ， 能够发出毫米级的电磁波就被称为是微波（microwave）了 。

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微波的应用很广泛 ， 除了用来加热以外 ， 它在雷达、点对点交流、卫星通讯等方面也发挥着重要的作用 。
二、 微波为什么能加热？
其实物质在接受外界能量输入时 ， 如受到辐射 ， 其内部的原子和分子的能量也会升高 ， 这其中有的表现为动能的增加 ， 有的表现为势能的增加 。 原子和分子动能的增加表现为温度的上升 ， 所以说 ， 当物质吸收能量时 ， 它的温度通常也是上升的 。
根据爱因斯坦的光子能量的定义 ， 即光子的能量与光子的频率成正比 ， 也就是说 ， 频率越高的光子能量越大 。 对于电磁波而言 ， 频率越高也意味着它的波长越短 ， 所以说短波长的电磁波具有较高的频率 ， 也即具有更高的光子能量（如紫外线、X射线） ， 而波长较长的电磁波（如微波、无线电波）频率较低 ， 其光子能量也相对较小 。
讲到这里可能有人会问 ， 那既然紫外线的光子能量较高 ， 那为什么不用紫外线加热呢？
这其中有一个重要的原因就是紫外线的光子能量太高了 ， 所以导致很多蛋白质分子在接收紫外线辐射的会产生化学键的断裂 ， 而无法被吸收 ， 这种辐射也叫做电离辐射 ， 我们通常用它来杀菌消毒 。

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微波炉之所以能够迅速加热食品是因为食品在受到微波的激发后 ， 其内部和外部是同时加热的 ， 这比传统的用锅煮（由外而内加热）的方式要快很多 。 因为传统的方式还需要经历分子之间较长的热传递的过程 。
微波炉的炉腔是一个微波谐振腔 ， 是把微波能变为热能对食品进行加热的空间 。 为了使炉腔内的食物均匀加热 ， 微波炉炉腔内设有专门的装置 。 最初生产的微波炉是在炉腔顶部装有金属扇页 ， 即微波搅拌器 ， 以干扰微波在炉腔中的传播 ， 从而使食物加热更加均匀 。

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现在的微波炉产品 ， 大部分都是在微波炉的炉腔底部装一只由微型电机带动的玻璃转盘 ， 把被加热食品放在转盘上与转盘一起绕电机轴旋转 ， 使其与炉内的高频电磁场作相对运动 ， 来达到炉内食品均匀加热的目的 。
微波炉能快速加热食品的另一个原因是功率 ， 常见的家用微波炉的输出功率一般在500W-1500W左右 ， 功率越大 ， 输出的能量也越高 ， 加热速度就越快 。
时间不宜过长 ， 特别是对于一些容易受热膨胀的食品 ， 长时间的加热可能会引起食品的爆炸 ， 另一方面也会破坏食品内的营养物质；
密封包装的食品要开封 ， 否则包装袋内部气体受热膨胀将会使包袋爆破 ， 这一方面有潜在危险 ， 另一方面也容易弄脏微波炉的炉腔；
电源若不足 ， 炉内的光线会显得暗淡 ， 此时若继续使用 ， 会损坏安全保险设备 ， 应立即停止；

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用完微波炉后要注意清洁 ， 特别是门缝处 ， 要避免炉门不能完全关闭而导致辐射泄漏 。
【中国科学探索中心|微波炉是如何加热食物的？】本文仅代表作者观点


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