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实力科普:勺子放入微波炉加热为啥产生火花?

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论坛元老

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发表于 2019-8-28 00:30:00
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2.5千兆赫(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2.5千兆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,2.5千兆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。
电离粒子比水吸收微波的能力更强,因此一旦火花出现,就会吸收更多的微波,电离更多的分子,因此火花就会像火球一样增长扩大。
通常这种情况仅发生在边缘粗糙的金属物体,这就是为什么你把铝箔纸放在一个平盘里,可能一点火花也没有,但是如果将它揉成一团,很快就会发出火花。
这些火花有可能对微波炉构成破坏,但是任何食物放入微波炉加热之后都可以食用,金属并非唯一在微波炉中产生火花发光的物体,之前网络一段视频显示,切半的葡萄也会产生大量的等离子体,这是一种带电粒子气体。

很多专家都在进行积极探索,认为这与电荷积聚有关,就像金属放入微波炉的反应一样,但是专家们进行了科学测试,试图弄清这一现象的真相。
这样的发现更加复杂,也有趣得多。通过将水凝胶球(一种用于一次性尿布的高吸水性聚合物)放入水中,研究人员发现几何形状是类似葡萄等物体放入微波炉产生火花的最重要因素,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者钾中剥离出一个电子,形成一个火花,并逐渐扩大成一个等离子体。
研究小组对鹌鹑蛋进行了多次实验,它的大小与葡萄十分接近,鹌鹑蛋内部是蛋黄,在微波炉加热过程中鹌鹑蛋中的液体被排出,填充粘性物质的鹌鹑蛋会产生热点,未填充粘性物质的鹌鹑蛋则不会,这表明模拟金属火花的场景需要一个葡萄大小的含水空间。
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