导语:在渺小的微波炉内,我们却未能发现任何发热装置,甚至无需触碰内部面板,那么它究竟是如何使食物“隔空”升温的呢?本文将为您揭开微波炉的加热奥秘。
微波炉作为家居常见电器,以惊人的加热速度著称,少量食物甚至可以在数十秒内高温烹制,便捷高效。在这看似平凡的微波炉内部,我们却发现不了任何发热元件,也不需要接触任何面板,它究竟是如何做到“无中生热”?接下来,让我们深入探究微波炉的热能来源。
传统加热方法,如明火燃烧或电饭煲煮饭,均采用热传导的方式,但这种方式效率低下,原因在于:原子运动需要从外向内逐渐传递,该过程耗时较长。导热性差异和温差大小也会显著影响热传递速度。为了提升效率,往往需要高温热源,然而高温热量容易向周围散失,实际效果并不理想。
与传统加热方式截然不同,微波炉采用电场瞬息变化,直接作用于食物内部原子,从而对食物进行加热。这种电场会作用于食物中的极性分子,使其在变化的电场中剧烈运动。
微波炉加热食物的过程中,会释放出大量的微波。微波是一种特殊“光”,本质上是一种电磁波。由于其波长较短,因此被称为微波。电磁波长的缩短带来高频率,微波炉所释放的微波频率约为2.5GHz。但由于微波波长超出人眼识别范围,故而无法被直接感知。
电磁波是由同向垂直的电场和磁场在空间中传播的震荡粒子波,在传播过程中电场和磁场不断交替。微波炉置入的食物通常含有水分,而水分子是极性分子,一头带有正电,一头带有负电。微波加热正是利用不断变化的电场作用于食物中的极性水分子,那么什么是极性分子呢?
极性分子是由多个原子组成的,这些原子通过共价键结合在一起。水分子由一个氧原子和两个氢原子通过共价键结合形成。原子由原子核和核外电子组成,原子核带正电,电子带负电。原子核中每一层电子都有最稳定的结构,当多个原子处于不稳定结构时,可以通过共享电子对形成更稳定的结构。水分子中的氢原子和氧原子就是这样结合的。水分子通常无序分布,但在电场作用下,它们会改变方向,正电端与电场方向一致,负电端与电场方向相反。一旦电场改变方向,水分子也会随之振动。电场改变方向形成电磁波,而电磁波携带能量。
微波电场的振动频率恰好与水分子本征频率一致,水分子振动始终受到振动电场的加速,从而不断获得能量,这就是通常所说的“共振”现象。在“共振”过程中,水分子振动愈发剧烈,能量不断增加,进而水温升高。食物中许多分子与水分子相似,均为“极性分子”,也能被微波加热,从而实现对食物整体加热。
以上就是微波炉加热食物的科学原理,总结起来如下:微波炉首先释放出能量较高的微波,微波产生的变化电场作用于食物中的极性水分子,引起水分子剧烈振动,而热本质上就是原子的快速运动,因此食物得到加热。