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空气体的介电常数(各种材料的介电常数)

如今，微波炉已经成为大多数家庭必备的厨房电器。用起来方便快捷。无论是想热一顿饭，还是临时需要一杯温水，只要放进微波炉里“刺”一下，很快就能如愿以偿。更重要的是，清理起来并不需要太多麻烦。简直是懒人的福音！

(相关资料图)

这台微波炉简单易用，你不用看说明书就知道如何操作。但如果非要问“微波炉是怎么加热食物的？它能做什么，不能做什么？为什么有些东西不能用微波炉加热？”很多人说不清为什么。

今天我们就来聊聊微波炉里的科学。

微波炉上的猫与薛定谔无关。

微波炉是怎么发明的？

爱迪生的团队希望制造一种可以用电照明的灯，让人们摆脱对油灯的依赖。经过多次挫折和反复试验，他们终于发明了一种可靠的电灯。在许多产品被创造出来之前，发明者就有一个明确的目标，并朝着这个目标反复探索和实验。但是微波炉就不是这样了。它们是在 *** 雷达的过程中无意中被发现的，然后被发明出来。

没想到，雷达是微波炉的鼻祖！

著名的雷神公司在二战中生产雷达。这种大型无线电天线可以向外发射电波，同时接收反射电波，通过计算反射电波的时间间隔和角度来判断敌机的距离和方位。雷达是当时的先进武器，其关键部件“磁控管”是用来产生电磁波的。一天，雷神公司的工程师珀西·斯宾塞在测试一个新磁控管时，意外地发现他口袋里的糖果融化了。他怀疑磁控管发出的电磁波是原因，于是拿了一个生鸡蛋做实验。当斯潘塞将磁控管的电波束对准鸡蛋时，鸡蛋由于内部热量而迅速爆炸。然后斯潘塞用磁控管加热玉米粒，他很快得到了一堆爆米花。

这是雷神公司发射雷达波的磁控管。微波炉的原理和它差不多。

知道斯潘塞的发现后，雷神公司很快注册了“用雷达技术烹饪”的发明专利，并很快造出了之一台带有磁控管的烹饪机。他们将这台新机命名为“Radarange”，意思是“小范围雷达”(这是纯理科生给的名字)。后来营销专家觉得“微波”这个词更时髦(就像今天各种“量子”“纳米”满天飞一样)。他们将新机器命名为“微波炉”，后来干脆改成了“微波炉”，这就是微波炉的由来。

最早的微波炉广告，一个漂亮的家庭主妇必不可少。

微波炉为什么能发热？

微波通常指波长为0.1mm~1m的电磁波，其频率范围为300MHz~3000GHz。在这个频段内，光量子的能量约为1.99× 10 J ~ 1.99× 10 J，微波光子的能量不高，不足以引起电离反应，但可以像红外线一样加热物体。

微波光谱

微波的物理特性通常表现在三个方面:穿透、反射和吸收(部分吸收):对于一些非极性物体如玻璃、陶瓷等。，微波会直接穿过，很少与其中的原子相互作用；对于有大量自由电子的金属物体，微波很容易像可见光一样被反射；而且水很容易吸收微波而升温。

物体能否被微波轻易加热，与其本身的介电常数有关。介电常数越大，越容易被加热。相反，介电常数小于2.8的物体称为非极性物质，不易受微波影响。空气体的介电常数为1.000585，几乎不受微波影响；玻璃的相对介电常数约为5 ~ 10；而水达到81.5，因为水分子表现出很强的极性。

水分子因其极性而形成氢键。

水的强极性是由水分子结构决定的。我们知道水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的，它们与氧原子不在同一轴上。两个氢氧原子的键之间有一个104° 28′的夹角。氢带正电，氧带负电，所以水分子对外有极性。

水分子的极性

当微波穿过水体时，极性较强的水分子会随着微波的高频电磁场不断改变方向，从而将微波场的场能量转化为水分子的热能，导致水温迅速升高。食物含水量越高，越容易被微波加热。

微波炉不能加热金属，但能在金属尖锐表面形成驻波，产生强烈放电，可能引起火灾。所以你更好不要把金属物品放进微波炉，不管是盘子还是刀叉。

微波可以在金属叉尖形成驻波。

为什么微波炉杀不死蚂蚁？

有好事者做过实验。他们抓了几只蚂蚁，放进微波炉里折磨。然而，蚂蚁在里面爬来爬去，完全无视致命的微波，同样的事情也发生在蟑螂身上。这到底是为什么？蚂蚁对微波“免疫”吗？

这需要从微波炉的结构说起。

我们都知道微波炉里有一个磁控管，可以产生微波束。磁控管产生的微波通过金属管传输到微波炉柜体的顶部，这里有一个类似风扇的部件。这个“风扇”是用来反射微波的。它利用微波接触金属会被反射的特性，将微波束扫向盒内四壁，使其在炉内不断来回反射，直至被食物吸收。

微波在金属盒中多次反射，最后聚集在食物上。

因为微波的指向性很强，微波炉里总会有照射不到的地方。蚂蚁在不停的寻找微波炉在烤箱里的空缝隙。当然，蚂蚁的身体很小。与其表面积大相比，散热更快。除此之外，它所含的水分较少，这也是它容易存活的原因之一。如果你拿一个胶带固定在微波炉中间，它会死。

蚂蚁能在微波炉里闪烁保命，说明微波炉有死角。

微波炉可以杀菌但不能消毒。

如果把湿毛巾放在微波炉里加热杀菌，是可以做到的，因为一般的细菌大多不能耐高温，微波会破坏细菌中的蛋白质和氨基酸。

但结果表明，微波对细菌产生的毒素没有影响，不能用于消毒。

约旦大学的科学团队将受黄曲霉毒素污染的鸡饲料放入微波炉中，在100%功率下，以2450MHz、1.45kW的高频输出加热2、4、8、10分钟。试验结果表明，微波对黄曲酶的去除率只有22%~32%，效果很不理想。究其原因，一方面，杀灭病毒需要200℃甚至更高的温度，不留死角，两个微波炉都做不到。

微波炉去除黄曲霉毒素效果不好，不适合消毒。

微波会致癌？

总的来说，微波炉是很安全的。

我们前面提到过，微波是一种非电离辐射的电磁波。它的能量比较低，只能加热物质，不会电离原子外层的电子。微波主要用于通信，因为它信息量大，方向性强。目前世界上很多国家都研制了一些非致命的微波武器，主要是利用微波加热的原理来驱敌。

一种新型高功率微波武器可用于驱赶人群，并“击落”无人机。

微波炉里的微波理论上是不会漏出来的。这是因为微波炉的电磁波频率被限制在2450MHz的标准。从波长λ=c/f可以计算出微波炉的波长为122 mm，微波炉盒周围的金属板的孔更大也只有2 mm左右，所以微波很难漏出，人站在附近也很安全。

微波加热的食物会产生致癌物质吗？

前面我们提到过，微波主要是通过振动食物中的水分子来加热食物，所以不会破坏食物中的有益成分。

如果肉类过热，可能会产生过量的杂环芳香胺(HCAs)和多环芳烃(PAHs)，这些物质被认为具有更大的致癌风险。如果你在烧烤的时候把肉烧焦了，我建议你不要再吃了，因为烧焦的肉里面有更多的HCAs和PAHs。而微波炉加热的食物很难达到这么高的温度，所以整体上用微波炉加热食物是安全的。你不用担心。

微波食品没有烧烤好吃，但也不容易致癌。