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微波炉+葡萄能制造闪电?这种颠覆认知的物理奇观是什么原理

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微波炉在我们的生活中是最普通不过的一种厨房电器,因为太日常以致于很多人都没注意,其实微波炉也是个“暴脾气”。

微波炉为什么能加热食物

普通的厨具加热,都是先制造热量,并把热量传递给食物,达到加热的效果,但微波炉本身并不发热。

解释微波炉加热的原理要先从水说起。水分子是由一个氧原子两个氢原子构成的,氧原子对电子的吸引力很强,所以水分子中的电子比较集中在氧原子那一头,相应的氢原子那头就少一些。整体来看,水分子就有一头带着正电,另一头带着负电。在化学上,这样的分子就被叫做“极性分子”。在通常的水里,水分子是杂乱无章地排列的,正电负电冲哪个方向的都有。当水处在电场中的时候,正电的那头就会转向电场的负极,而带负电那头会转向电场的正极,即所谓的“异性相吸,同性相斥”。

如果是一个静止的电场,水分子们排好队也就安静下来了。如果电场在不停地转,那么水分子就会跟着转,这类似摩擦生热,水的温度就升高了。

电磁波就相当于这样一种旋转的电场。而微波炉是利用频率为2.4吉赫的电磁波,这就意味微波炉里的水分子们以每秒钟20多亿圈的速度跟着转,温度自然在短时间内就急剧升高了。不仅是水,其他极性分子也都可以被微波加热。通常的食物中都含有水和其他极性分子,所以在微波作用下可以被迅速加热。

微波炉因为加热方式特殊,有些东西不可放进去加热,不然轻则损坏微波炉,重则引发火灾或爆炸。

前段时间,一段用微波炉加热葡萄爆炸的视频引起网友关注。视频中两颗紧挨在一起的葡萄放进微波炉后加热几秒钟后,两颗葡萄碰在一起的地方就会喷出火光。

后来真的有物理学家认真研究了这种现象(可见好奇心也是科学发展的一大推动力),发现凡是葡萄这么大小的含盐含水物体用微波炉加热都有类似风险:两颗圣女果、两枚鹌鹑蛋、两枚特别大的蓝莓都会分分钟爆炸。

原理就是,微波炉加热是不均匀的,总有些特别热的“热点”。“热点”的具体位置在哪里,要看微波波长,食物的形状和厚度,以及水、脂肪、糖等极性分子的分布。而“两个挨在一起的葡萄”这种形状,配合2.4吉赫电磁波的波长,恰好就能造出一个超级热点。因为此时微波的波长与葡萄直径几乎相当,葡萄的水分会阻碍微波炉发出的微波能量。微波被困在了这两颗葡萄组成的“陷阱”里,最后,两颗葡萄的接触点内产生一个极其强大的电场,使周围空气过载形成高温等离子体(和闪电一个性质),放出耀眼的光芒……

要达到这一效果,一要有三个条件:含水,含盐,大小合适。葡萄这种大小正好。太大的,比如两颗大西红柿,能量比较分散,不能集中成一个足够小的“热点”。太小的,比如两颗豌豆,那么内部“捕捉”到的能量又不够。葡萄偏偏不大不小,刚好能造成这种物理奇观。 

研究人员为了这项试验牺牲了无数的微波炉。请大家忍住自己的好奇心,千万不要在家里模仿。不然受伤的除了微波炉还有房子和你。

不适合用微波炉加热的东西

带壳或者带包装的食物

比如鸡蛋。传统的加热方式,是由外到内的,而微波炉是由内而外加热食物的。鸡蛋内部的受热膨胀速度会比蛋壳快,而且会在鸡蛋内产生很多水蒸气。这些水蒸气无处可逃,内部压力逐渐增大,就会爆开。其他类似的还有带包装的牛奶、饮料。

某些水果

有些水果含有盐,在微波中会产生强大的电场,前文中的葡萄已经为我们展示了后果。

液体

不要用微波炉过度加热水或者其他液体。微波加热水时,水并不会流动,只是温度升高,有可能超过了沸点还没有“沸腾”的迹象。这个时候的水看似平静,但只要一点点的扰动就会令其发生“暴沸”。比如突然打开微波炉门造成晃动,或者立即倒入奶粉、咖啡等粉状冲调品,粉末便会诱导超热水在短时间内沸腾,热水会瞬间涌出,轻则烫伤,重则发生爆炸。

金属餐具或者容器

铁、铝、不锈钢、搪瓷等金属餐具、容器都不适宜放进微波炉。微波与金属会产生电火花反射微波,这些火花最后会把金属炸出一个小洞或者小坑,甚至让微波炉着火。

锡纸或者纸质包装

锡纸含有金属,也不能放进微波炉加热。任何纸质物品都不应该放入微波炉中,原因很简单——易燃。带涂料的纸袋、纸盒、包装盒,都是禁入微波炉的黑名单。

塑料容器

因为温度过高时易挥发有害物质,多数塑料不宜用微波炉加热。能放进微波炉里的塑料只有聚丙烯,使用时要注意辨别。

什么也不放

让微波炉长时间空转,也会出现意外。因为没有东西吸收微波,磁电管(微波炉的主要部件)最后会吸收微波,引发自燃。

其实,只要不乱把东西放进去,微波炉是很安全的。

责任编辑: 鲁达

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