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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?
一、 什么是微波?
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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三、微波炉的原理是什么?
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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