微波爐的加熱原理解析

喝茶多年來(lái)的人一直在這么說(shuō)，在微波爐里加熱的茶水就不一樣了。通常，當(dāng)液體被加熱時(shí)，加熱源，例如火爐子從下面加熱容器。通過(guò)一種稱為對(duì)流的過(guò)程，當(dāng)朝向容器底部的液體升溫時(shí)，它會(huì)變得不那么稠密，并移動(dòng)到頂部，從而允許較冷的液體部分接觸到源，這最終導(dǎo)致整個(gè)玻璃溫度均勻。然而，在微波內(nèi)部，充當(dāng)加熱源的電場(chǎng)無(wú)處不在。

因?yàn)檎麄€(gè)玻璃本身也在升溫，所以不會(huì)發(fā)生對(duì)流過(guò)程，容器頂部的液體最終會(huì)比底部液體熱得多。來(lái)自中國(guó)電子科技大學(xué)的一組研究人員，對(duì)這種不均勻的加熱行為進(jìn)行了研究，通過(guò)設(shè)計(jì)沿著玻璃邊緣的鍍銀層，研究小組能夠屏蔽液體表面的微波效應(yīng)。

白銀起到了引導(dǎo)波浪的作用，降低了頂部的電場(chǎng)，有效地阻擋了加熱。這會(huì)產(chǎn)生與傳統(tǒng)方法相似的對(duì)流過(guò)程，從而產(chǎn)生更均勻的溫度。將銀放入微波爐似乎是一個(gè)危險(xiǎn)的想法，但類似的金屬結(jié)構(gòu)，其幾何形狀經(jīng)過(guò)精細(xì)調(diào)整，以避免點(diǎn)火，已經(jīng)安全地用于微波蒸汽鍋和電飯鍋。研究的作者之一、電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程教授曾寶青（音譯）表示：

在仔細(xì)設(shè)計(jì)了適當(dāng)大小的金屬結(jié)構(gòu)后，容易著火的金屬邊緣位于弱場(chǎng)強(qiáng)，可以完全避免著火，所以仍然是安全的。通常認(rèn)為，在加熱時(shí)，由于熱對(duì)流的作用，液體的流動(dòng)性可以使溫度場(chǎng)均勻，但在微波加熱時(shí)則有所不同。當(dāng)用微波加熱時(shí)，頂部溫度總是液體中最高的。研究對(duì)微波加熱的水和酒精以及微波加熱大米的溫度分布，進(jìn)行了多物理模擬和實(shí)驗(yàn)比較。

為了使微波加熱的液體溫度分布均勻，采用截止波導(dǎo)控制微波加熱，提高溫度均勻性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用7 cm金屬涂層的改性玻璃杯加熱微波爐中的水時(shí)，水的上下溫差由7.8°C降至0.5°C。而且改性玻璃杯放置在陶瓷板中心，遠(yuǎn)離腔壁，無(wú)火花點(diǎn)火現(xiàn)象。固體不會(huì)發(fā)生對(duì)流，所以讓剩菜均勻升溫是一個(gè)完全不同的挑戰(zhàn)。

對(duì)于固體來(lái)說(shuō)，沒(méi)有簡(jiǎn)單方法來(lái)設(shè)計(jì)碗或盤(pán)子來(lái)達(dá)到更好的加熱效果，可以改變場(chǎng)域分布，但變化很小，所以改善有限。該小組正在考慮其他方法來(lái)改善固體食品的不均勻性，但目前這些方法過(guò)于昂貴，無(wú)法實(shí)際使用。目前正集中精力與一家微波爐制造商合作，將液體微波爐配件商業(yè)化。那么茶水可以用微波爐加熱而不會(huì)受到嘲笑的未來(lái)可能不會(huì)太遠(yuǎn)了。

參考文獻(xiàn)：Multiphysics analysis for unusual heatconvection in microwave heating liquid.

編輯：黃飛