扒一扒，关于微波炉的趣事和背后的原理…… _微波炉

撰文 | Mirror
每天中午，带饭的打工人们就开始聚在微波炉前热饭。
在等待时间里，小编想到了一系列有关微波炉的问题：
微波炉这么方便的东西是怎么发明出来的？
用微波炉加热食物为什么会里面先热？
微波炉为什么不能加热金属？
两颗葡萄在微波炉里为什么会擦出火花？
怎么还没轮到我？
于是就有了这期文章。
源于意外发现
上世纪早期的某天，美国工程师珀西·斯宾塞（Percy Spencer）在研究他的军用雷达装置时，发现口袋里的巧克力莫名其妙地融化了。这激起了斯宾塞的兴趣，排除其他因素后，他想到这可能是雷达在“捣蛋”，于是和几个同事开始拿军用设备，搞起了烹饪实验。
上世纪用微波加热食物的漫画| 图源：Wikipedia
最先献身微波加热实验的食物是玉米粒，它们成了世界上第一份微波爆米花。
大概是觉得这效果还不够酷炫，斯宾塞等人又将鸡蛋放进一个水壶，然后把发射电磁波的磁控管塞了进去。结果鸡蛋给了他们一个“惊喜”，变身“炸弹”，溅了当时正盯着它看的参与者一脸。
鸡蛋：不能只有我为科学献身 | 图源：programmer sought
后来斯宾塞专门设计了一个金属箱，把磁控管安在里面，让电磁场更加集中可控，也不会泄露出去，这就是最早的微波炉原型。
雷达附近的热效应并不是斯宾塞最先注意到的，但他是最先对此探究下去，并发现它的应用价值的。

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早期的微波炉 | 图源：Wikipedia
然而，和计算机一样，最早的商用微波炉非常笨重，大约1.8米高、340千克重，价格在那个年代就高达几千美元。直到1967年，微波炉的尺寸和价格才变得相对亲民，开始走进千家万户的厨房。
由内而外加热？
和烤箱不同的是，用微波炉加热的食物，经常外面还是凉的，里面却先热了，微波就算是能穿透食物，也应该里里外外一起热，为什么会内部优先？
要理解这一点，我们得先摸清微波本身的性质。
【扒一扒，关于微波炉的趣事和背后的原理……】虽然名叫“微波”，但在电磁波谱里它的波长比可见光和红外线都长（1毫米~1米），短于无线电波。微波炉使用的电磁波波长大约为12厘米，频率2.45GHz 。

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电磁波谱 |图源：维基百科
无论是炉灶还是烤箱，本质上都是利用电磁波（红外线为主）加热食物，更靠近热源的食物表面先吸收热量，然后向内传递。而微波炉发出的微波能够直接作用于食物内部的某些分子。

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现代微波炉的基本结构 | 图源：BusinessInsider
当然，食物内外都会受到微波作用，只不过，不是所有分子都会积极响应，主要还是靠水分子这类能被极化的“积极分子”打配合。水分子整体不带电，但它的正、负电荷中心不重合，是一种极性分子。

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水分子结构示意图
在微波炉周期性变化的电磁场中，水分子就像个小磁铁开始“跳摇摆舞”，配合着电磁场的步调变换旋转方向，振动频率向微波频率趋近，高达24.5亿次/秒。周围其他分子在水分子的带动下也开始振动。而物质中的分子运动越剧烈，表现出来的温度也越高。

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水分子随电磁场变化周期振动示意图|图源：engineerguy
水分子这么积极，食物含水量高的部分自然热得更快。很多食物外干内湿，或者表层水分流失得多，才会内部先热，再向外传导。如果成分均一，内外就会差不多热。
由于微波加热依靠的是分子振动，在冷冻食品中，水分子的振动受到了限制，加热效率就没那么高了。
那么，为什么要选择2.45GHz这个特定频率的微波呢？
实际上家用WiFi也在这个频段，它属于国际电信联盟规定的，对工业、科学和医学领域开放使用的频段，避开了通信等领域所使用的频段。另外，微波炉采用这个频率还综合考虑到了加热效率和成本的问题。
微波炉为何不能热金属？
打开微波炉说明书，上面一定会有不能加热金属的警示。然而，令人疑惑的是，微波炉里本来就有金属结构，最明显的就是微波炉门上的金属网。