微波炉里的为什么里有说明为什么微波能加热食品的部分。冯老师讲得那么“头头是道”,不相信、不接受都有些“不好意思”了。
从结论上讲,冯老师对微波加热的解说是不合适的。或者说,冯老师的解说与微波加热没有多少关系。就好比
进化论与
现代生物学没有一毛钱的关系一样。
在知识体系上,高中课程的物质结构的部分比力学、电磁学都容易理解。因为人们“借助了”原子/分子的说法,让人们
觉得比较好理解。但在实际上,这里面水很深。从微观到宏观的路并不是那么好走。因为不好走,所以专家们“闭口不谈”。这并不是要“拿一把”,而是因为
嫌麻烦、
怕麻烦。
【微波加热食物中的水分子,而玻璃、陶瓷中没有水,所以不能被加热】的陈述,一般人看来没有什么不妥的。但深究起来,就有些麻烦了。微波是电磁学里的概念,加热是个热学的,玻璃、陶瓷和水是宏观物质(材料)的说法,而水分子又是量子论的概念。这四个东西加在一起能摆平了,不是件容易的事情。
【粗略地说,热是物体的原子不规则运动的能量】的表述,看起来也不错。但是解释微波加热错误的根源正在于此。“粗略”不能把本质的东西给去掉,而热的本质,需要有个
集团的、
统计的思考。因此,这句话需要改为“粗略地说,
温度是表述物体中所有原子/分子不规则运动能量的参数(量)。”这里重新确认一个常识:
加热=升温。【用微波炉加热物体,就是利用微波使组成物体的原子不规则运动加剧】是说整体的温度上升了,其中的原子不规则运动就要加剧,是现有整体后有部分的概念。这个
方向并不是一句话就可以简单地
逆转的。
用微波直接加热原子/分子的说法有错么?应该说不妥。一个是cm级别的波长,一个是10
-8cm级别的大小。尺寸上不匹配,直接加热有困难。
微波可以被原子/分子的体系吸收,那不是“加热”么?应该说不是,吸收光子(微波、电磁波)后的原子/分子跃迁到激发态,与
原子的不规则运动也没有一毛钱的关系。
【当我们收音机的调谐器的频率与电台频率匹配时,收音机把收到的电磁波放大,电视机选频道亦是如此。与此相似,电磁波辐射到物体上,只有与构成物体的原子运动频率相匹配时,才能被这个物体所吸收,与原子运动频率不匹配的电磁波,不能被物体吸收。】的说法中,收音机的部分说得相当贴切。后半部分就不好了。收音机的选频
意在与其他频道的“分离”,并非是要“吸收”电台的信号。而微波加热,则是要物体吸收电磁波,把它转变成为热能。因此这里不需要考虑原子/分子对电磁波的吸收,只要考虑物体对电磁波的吸收就可以了。人们在面对电热丝的时候,大约不会有人思考电热丝内电子的运动、原子的振动情况。只要考虑其电阻,甚至只要知道所需电压和功率就可以了。对于微波,也应该是一样的。考虑物体对高频电(磁)场的响应就可以。同样的思考,可以用于
电磁炉。当然,这个百度的解释也是错误“百出”。
Quote
百度:
当有一导磁性金属面放置于回路线圈上方时,此时金属面就会感应电流(即涡流),涡流使锅具铁原子高速无规则运动,原子互相碰撞、摩擦而产生热能。
就是胡说了。何德何能,电磁波就可以使物质中的铁原子做“高速无规则运动”呢?就说一个
焦耳做功发热就是了。说多了无益。
对交变电(磁)场的响应,必然会带来“损耗”,宏观的。这叫做能量的
逸散机制,是一潭很深的水。微波炉的高频一般设定在食品具有很大吸收的2.4GHz的频率上。这个吸收是来自食品内宏观
水分的响应(=
介电损耗),不是微观
水分子的吸收。
这是第一部分,“微波加热”的机理解释。
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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。
为什么微波炉比烤箱加热食物快?
日期: 08/27/2012 01:37:29
由于第一部分解释的偏差,使得冯老师在解释“为什么微波炉比烤箱加热食物快?”的问题上也“跑偏” 了。出问题的大背景是学术领域的差异。冯老师的背景不是工程学。如果是工程学、经营学的话,对这个问题的回答就是是功率了。道具提供功率和物体接收功率的差异,造成了微波炉比烤箱加热食物快。为了缩短加热食品的时间,不能一味地提高加热功率和功率的密度。烤箱是热辐射、是表面的效应。大功率势必带来高功率密度。功率密度高了就要糊了。而食品对微波的吸收是体积的响应,食品可以接受更大的功率而不增加功率密度。
这样的解释才是合理的。这个文化在工科里属于当然的常识,而在理科、文科的文化里则很乏馈。通识教育的目的,就是要人们能对不同的学术文化有个了解,在做决策时不至于办傻事儿。
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为什么金属器皿会反射微波?
日期: 08/27/2012 01:50:39
用到自由电子是个很好的切入点。但是需要留意的是自由电子、尤其是金属的自由电子的视点,是量子论出现之前的古典物理的观点。用古典的思考,就可以解释“为什么金属器皿会反射微波”的问题。
这段里冯老师的解释也不妥的原因是对这段历史不了解。把量子论的思考与自由电子混在一起说事儿,不乱套才是“奇迹”呢。在量子论的观点看,电子对电磁波的吸收是所谓的一次过程,反射(散射)是二次过程。不是时间的快慢问题,而是个档次的问题。
金属对可见光的反射,并不是什么【能被金属中的自由电子吸收,但是这些电子又能够放出电磁波】,而是因为不能被自由电子吸收,所以只好反射了。
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为什么金属器皿在微波炉加热内会打火花而在烤箱内则不会?
日期: 08/27/2012 03:00:43
再加一个为什么电磁 炉也不会?
电磁炉的所谓高频是(20~25KHZ)的交变磁场,是利用物质磁性对交变磁场产生的回滯效应发热的。这是个体积的响应,因此电磁锅的锅底很厚。而微波炉加热是利用物质介电特性对电场的回滯效应发热。但是电场的效应会诱发电荷到物体表面。尤其是在金属等有自由电子的物质,被诱导的电荷到金属表面,在尖端处会产生高电压导致放电。
可以考虑把金属放在水里抑制放电。比如一般情况下不能用微波炉直接加热鸡蛋。那样的话,鸡蛋会爆炸,搞得微波炉里很狼狈。可用铝箔把鸡蛋包好,浸没在水中,然后再用微波炉加热水来“煮”鸡蛋。需要的时间可以算算,也可通过实验来摸索。
烤箱的频率已经很低了,一般是50Hz。物质对这个频率响应效果不大。变压器的磁损不过是百分之几。到了红外和可见光的档次,物质中电子对这类高频的电场、磁场基本上是没有很大的响应了。因此也就不会诱发电子到物体表面,也就不会有火花出现了。
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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。