微波炉尺寸规格长宽高：满足不同空间布局需求
撰稿人：Mirror
午间时分，携饭上班的员工们已聚集在微波炉前，准备加热午餐。
趁着等待加热的时间，笔者不禁思索起一系列有关微波炉的问题：
如此便利的微波炉是如何被发明的？
用微波炉加热食物为何里面会先热？
微波炉为何无法加热金属？
为何两颗葡萄在微波炉中会产生火花？
怎么还未轮到我使用微波炉？
于是，本篇文章就此诞生。
源自意外发现
20世纪初，美国工程师珀西·斯宾塞（Percy Spencer）在研究雷达设备时发现，他口袋里的巧克力无故融化。这一现象激发了斯宾塞的好奇心。排除其他因素后，他推断这是雷达作用的结果。于是，他和几位同事便利用雷达装置进行烹饪试验。
上世纪用微波加热食物的漫画 | 图源：Wikipedia
首个接受微波加热的食材是玉米粒，它们成为了世界上第一份微波爆米花。
也许觉得这种效果不够炫酷，斯宾塞等人将鸡蛋放入一个水壶中，然后将发射电磁波的磁控管插入水壶。没想到，鸡蛋给他们带来了一个“惊喜”——它爆裂开来，溅得正对着它观察的参与者满身。
鸡蛋：我不能成为科学献身唯一的牺牲品 | 图源：programmer sought
随后，斯宾塞专门设计了一个金属箱，将磁控管安置其中，以加强电磁场强度和控制，同时防止电磁波泄漏。这便是最早的微波炉原型。
虽然雷达附近产生的热效应并非斯宾塞最初注意到的，但他却是最先对此进行探究并发现其应用价值的人。
早期的微波炉 | 图源：Wikipedia
与计算机类似，早期的商用微波炉体积庞大，高达1.8米，重达340千克，且当时售价高达数千美元。直到1967年，微波炉的尺寸和价格才趋于亲民，开始走进千家万户的厨房。
由内而外加热？
与烤箱不同，使用微波炉加热的食物常常外层偏凉，而内部先热。即便微波可以穿透食物，也应内外同时加热，为何内部会优先发热呢？
要理解这一点，我们必须了解微波的本质。
虽然称之为“微波”，但在电磁波谱中，其波长比可见光和红外线都长（1毫米~1米），但比无线电波短。微波炉使用的电磁波波长约为12厘米，频率为2.45GHz。
电磁波谱 |图源：维基百科
无论是炉灶还是烤箱，本质上都是利用电磁波（主要是红外线）对食物进行加热，食物表面更接近热源，因此最先吸收热量，再向内传导热量。而微波炉发出的微波能直接作用于食物内部的特定分子。
现代微波炉的基本结构 | 图源：BusinessInsider
食物内外都会受到微波作用，并非所有分子都积极响应，主要依靠水分子等能够极化的“积极分子”协同作用。水分子总体不带电，但其正负电荷中心不重合，是一种极性分子。
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水分子随电磁场变化周期振动示意图 |图源：engineerguy
水分子这么活跃，水分含量高的食物自然热得更快。许多食物外干内湿，或表层水分流失得多，才会内部先热，再向外传导。如果成分均匀，内外就会差不多热。
由于微波加热依赖于分子振动，在冷冻食品中，水分子的振动受到了限制，加热效率就没那么高了。
那么，为什么要选择2.45GHz这个特定频率的微波呢？
实际上家用WiFi也在这个频段，它属于国际电信联盟规定的，对工业、科学和医学领域开放使用的频段，避开了通信等领域所使用的频段。微波炉采用这个频率还综合考虑到了加热效率和成本的问题。
微波炉为何不能热金属？
打开微波炉说明书，上面一定会有不能加热金属的警示。令人疑惑的是，微波炉里本来就有金属结构，最明显的就是微波炉门上的金属网格。
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。
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”。
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。
微波炉中的铝箔纸（上）和叉子（下）产生电火花，请勿模仿！| 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。
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。
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
微波炉的潜在危险，勿尝试！
切勿在微波炉中放置金属或葡萄等物品。这种行为会导致剧烈的电火花和爆炸，可能造成人员受伤或火灾。
普通塑料包装和保鲜膜也不适合加热，因为它们会释放有害物质，污染食物。
只有标示可微波加热的耐高温塑料（如PP塑料）才能使用。
密封的鸡蛋和包装封闭的食品等也不适合放进微波炉，否则会因内部压力过大而爆炸。
只要使用得当，微波炉仍然是高效且安全的厨房电器。
图源：《命运石之门》
封面图来源：《命运石之门》
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来源： 中科院高能所
