扒一扒，关于微波炉的趣事和背后的原理……( 二 ) _微波炉

微波炉的外壳本质上就是个金属笼子，相当于一个法拉第笼，能够把电磁波困在里面。

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法拉第笼能够屏蔽电磁场 |图源：Wikipedia
微波在炉内四处反射，但无法逃脱。这样微波的能量便可以集中起来，让食物吸收。
虽然微波炉不是个完美的法拉第笼，但一款合格的微波炉泄露出去的微波强度远不及阳光的辐射强度，所以你大可不必担心自己被微波“煮熟” 。
然而，在一些特定情况下，金属会把你的微波炉变成一个灾难现场。
金属内部有许多能自由移动的电子，它们在变化的电磁场中会重新分布。当电势差积累到一定程度，就可能像夏天的积雨云那样，产生闪电。

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微波炉中的铝箔纸（上）和叉子（下）产生电火花，请勿模仿！|%20图源：programmersought
薄而褶皱的铝箔纸和尖锐分叉的叉子都属于高危物品，它们的犄角旮旯处容易堆积电荷，形成电势差，产生电弧，甚至能将金属材料和微波炉损毁。
两颗葡萄“擦出”激烈火花
金属在微波炉中冒火花不算意外，不可思议的是，两颗葡萄在微波炉里也会“擦出”火花，甚至比金属更剧烈（危险，请勿模仿）。只用一颗葡萄，或者换成其他浆果都不行。

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微波炉中的两颗葡萄激起火花 | 图源：Khattak, H. K., Bianucci, P. and Slepkov, A. D. (2019)
这一现象在早些年前就受到了热议，但没有人给出合理解释，直到去年，一个科研团队才解开了这个谜团。
让葡萄擦出火花的是一种叫做米氏共振（Mie resonance）的现象。米氏共振，又称结构共振（morphology-dependentresonance），指的是某些特定形状、材质的物体尺寸与电磁波波长相近时，产生的相互作用。
前面我们提到微波炉的微波波长大约为12厘米，这里指的是它在空气中的波长。
在不同介质中，微波的波长和折射率都不同，它在葡萄果肉（主要是水）中的波长只有原来的1/10，即1.2厘米左右，这个长度恰好与一颗葡萄的直径接近，符合米氏共振的条件，微波被困在葡萄内部不断反射，形成震荡的电磁场。

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微波炉中两颗葡萄的热量分布 |图源：Khattak, H. K., Bianucci, P. and Slepkov, A. D. (2019)
此时如果两颗葡萄的距离小于一个波长，它们内部的电磁场就会发生相互作用，接触点的电磁场强度大幅增加，最后将葡萄中的离子（主要是钠离子和钾离子）电离，激发出等离子体，空气也会被击穿，形成电火花。
研究者在实验时，把两颗葡萄换成大小差不多的水凝胶珠也达到了相同的效果。他们还想到了将这一原理运用在更精细的光刻技术中。
只是在成功的实验背后，恐怕已经有不少微波炉君壮烈牺牲……

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微波炉：我为你们付出了太多（非该实验现场）
请勿尝试！请勿尝试！请勿尝试！
就算你不在乎牺牲微波炉，剧烈的电火花和爆炸也很可能伤到人，或引起火灾。所以无论是金属，还是葡萄，如果你没有实验人员的专业防护措施，都千万别贸然尝试。
此外，普通塑料包装和普通保鲜膜也不宜放进微波炉里加热，因为这些塑料会被热化，污染食物。
塑料中，只有明确标识可放进微波炉的耐高温材料（如PP塑料）才能用微波炉加热。
还有鸡蛋、包装封闭的食品等密封系统也不宜放进微波炉，不信的，请回头看斯宾塞同事怨念的眼神。
只要不作死，微波炉其实还是相当安全高效的厨具和实验道具。
扒一扒，关于微波炉的趣事和背后的原理……