清晨时分,当你睡眼朦胧地想要喝速溶燕麦片,你将一碗燕麦片放在微波炉里,按下开始键,突然你被微波炉里的火花吓得惊慌失措,微波炉里上演了一场小型烟花表演,原来你将一个金属勺子放在碗里,竟然开始溅射火花……
如果这是电影剧情,你一定会认为微波炉会发生爆炸!但事实上,将勺子放在微波炉里并不一定是危险的,但在20世纪中期的科技奇迹中,微波炉里的金属为什么会产生火花呢?为了回答这个问题,我们首先要了解微波是如何工作的,这个小烤箱依靠一种叫做磁控管的设备,它是一种真空管,磁场可以在其中穿过,微波炉中的磁控管可使电子旋转,产生频率25千兆赫(或者每秒25亿次)的电磁波。
对于不同的物质材料,都有特定的频率很好地吸收光线,而25千兆赫正好是水吸收光线的频率,因为大多数食物都充满了水,它们会吸收微波能量并进行加热。有趣的是,25千兆赫对于将水加热并非最有效频率,因为高效频率非常适应加热,像汤这样的物质最上层水分子吸收所有热量,汤表面的水会沸腾,但是汤下层仍保持低温。
现在我们来讨论产生火花的金属勺子,当微波与金属物质发生交互作用时,金属物质表面的电子就会四处溅射,如果金属表面非常光滑,是不会有任何问题,但在边缘的位置,例如:叉子末端的尖齿,电荷会堆积起来,导致电压高度集中。如果电压高度集中到一定程度,就会把分子的电子剥离,形成火花和一个电离分子。
对于产生火花的金属勺来说,当微波与金属物质相互作用时,金属物质表面的电子会四处飞溅。如果金属表面非常光滑,就不会有问题,但是在边缘位置,例如叉子末端的尖齿,电荷会积累,导致高浓度的电压。
如果电压高度集中到一定程度,分子中的电子将被剥离,形成火花和电离分子。电离粒子比水更能吸收微波,所以一旦火花出现,它们会吸收更多的微波并电离更多的分子,因此火花会像火球一样生长和膨胀。
微波炉是依靠一种叫做磁控管的装置,磁控管是一种真空管,磁场可以通过它。微波炉中的磁控管可以旋转电子产生频率为25千兆赫的电磁波。对于不同的材料,有特定的频率可以很好地吸收光,25千兆赫正是水吸收光的频率,因为大多数食物都充满了水,它们吸收微波能量并加热它。
这通常只发生在边缘粗糙的金属物体上,这就是为什么如果你把铝箔放在平板上,可能不会有火花,但是如果你把它揉成一个球,火花很快就会冒出来。这些火花可能会损坏微波炉,但是任何食物在微波炉中加热后都可以食用。
金属不是微波炉中唯一会产生火花的物体。切半的葡萄也会产生大量等离子体,这是一种带电粒子气体。这与电荷的积累有关,就像微波炉中金属的反应一样。研究人员发现几何形状是像葡萄这样的物体在微波炉中点燃的最重要因素。葡萄大小的球体是非常好的“微波集中器”葡萄大小的物体导致微波辐射聚集在微小果实内部,最终产生足够的能量从葡萄内部的钠或钾中剥离电子,形成火花并逐渐膨胀成等离子体。