小玩意大科学之微波炉:从宏观原理到微观电路(一)

小玩意大科学之微波炉:从宏观原理到微观电路(一)

小编看着自己许久不涨的粉丝数,深思熟虑之后决定开一个栏目“小玩意大科学”,准备把大家身边接触到的物件其中包含的科学原理一一展示出来。今天这期准备的就是微波炉,预计需要用三到四篇的篇幅来介绍其内容。

微波炉的发明源于一次偶然的发现,在二战期间美国雷达工程师勒巴朗·斯宾塞(Percy LeBaron Spencer)发现在运行实验室的磁控管(这是微波炉的核心工作部件)时会导致裤袋中的巧克力融化,从而发现微波的热效应。此后在经过研究改进后,就有了现在的微波炉。

小玩意大科学之微波炉:从宏观原理到微观电路(一)

至于微波炉后涉及到的更多科学知识、好玩趣事都需要建立在对微波炉的工作原理有所了解,因此下面小编将带着大家一步一步的揭示微波炉的宏观和微观工作原理。

一、 微波的热效应

微波炉的加热作用主要依靠微波的热效应。微波是一种高频率的电磁波,其本身并不产生热,但是其辐射到食物上时,食物中的极性分子(如水、脂肪、蛋白质、糖等)就会在微波形成的电磁场中运动振荡。以广泛存在于食物中的水分子为例,氢离子带阳电子,氧离子带阴电子,这样分子带着极性。一个水分子的氢原子能够与附件另一水分子的氧原子发生正负电荷相吸形成相互联结的作用力—氢键,这时微波向结合的分子发射的话,微波的电磁场矢量振动,接受振动力的结合分子想回转。这时因为回转方向不一样的分子的阻挠结合就断了。这瞬间吸收微波的能量。再过一会分子们重新结合释放能量,此能量又转变成内部能量使食物变熟。

小玩意大科学之微波炉:从宏观原理到微观电路(一)

极性分子在磁场中的运动

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水分子在微波中的运动发热(振荡—摩擦—发热)

二、 微波炉的工作流程

微波炉的组成主要有三个部分:磁控管、导波管、炉腔。实现微波炉加热功能基本上只需上面所说的三个部分。加热流程分为5步:1、首先,当你放置食物于炉腔的转盘上时,接上电源,微波炉中的磁控管开始接受电能并且转换成2.4GHz的微波;2、磁控管产生的微波通过导波管传输到炉腔内;3、放置在转盘上的食物随着转盘慢慢旋转,接受微波全方位的照射;4、微波在炉腔内在金属板的反射作用下,来回反复穿透食物,使得食物内部分子随之振荡发热;5、微波的热效应作用在食物上,食物内分子振荡越快越频繁,其发热量越大,因此微波的能量就传到了食物中,完成了从电能到食物内能的传输和转换。

小玩意大科学之微波炉:从宏观原理到微观电路(一)

微波炉的具体工作流程

三、 普通微波炉结构简图和工作电路

具体到现实中应用的微波炉则是复杂得多,同时也要考虑添加各种功能和保护,使其实现安全可靠得应用。小编就列举了较为广泛的微波炉内部结构简图和电路设计图。

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微波炉内部结构图

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微波炉电路原理图和常见故障分析

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