微波爐的加熱原理解析

喝茶多年來的人一直在這么說，在微波爐里加熱的茶水就不一樣了。通常，當液體被加熱時，加熱源，例如火爐子從下面加熱容器。通過一種稱為對流的過程，當朝向容器底部的液體升溫時，它會變得不那么稠密，并移動到頂部，從而允許較冷的液體部分接觸到源，這最終導致整個玻璃溫度均勻。然而，在微波內部，充當加熱源的電場無處不在。

因為整個玻璃本身也在升溫，所以不會發生對流過程，容器頂部的液體最終會比底部液體熱得多。來自中國電子科技大學的一組研究人員，對這種不均勻的加熱行為進行了研究，通過設計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。

白銀起到了引導波浪的作用，降低了頂部的電場，有效地阻擋了加熱。這會產生與傳統方法相似的對流過程，從而產生更均勻的溫度。將銀放入微波爐似乎是一個危險的想法，但類似的金屬結構，其幾何形狀經過精細調整，以避免點火，已經安全地用于微波蒸汽鍋和電飯鍋。研究的作者之一、電子科技大學電子科學與工程教授曾寶青（音譯）表示：

在仔細設計了適當大小的金屬結構后，容易著火的金屬邊緣位于弱場強，可以完全避免著火，所以仍然是安全的。通常認為，在加熱時，由于熱對流的作用，液體的流動性可以使溫度場均勻，但在微波加熱時則有所不同。當用微波加熱時，頂部溫度總是液體中最高的。研究對微波加熱的水和酒精以及微波加熱大米的溫度分布，進行了多物理模擬和實驗比較。

為了使微波加熱的液體溫度分布均勻，采用截止波導控制微波加熱，提高溫度均勻性。實驗結果表明，采用7 cm金屬涂層的改性玻璃杯加熱微波爐中的水時，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，遠離腔壁，無火花點火現象。固體不會發生對流，所以讓剩菜均勻升溫是一個完全不同的挑戰。

對于固體來說，沒有簡單方法來設計碗或盤子來達到更好的加熱效果，可以改變場域分布，但變化很小，所以改善有限。該小組正在考慮其他方法來改善固體食品的不均勻性，但目前這些方法過于昂貴，無法實際使用。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化。那么茶水可以用微波爐加熱而不會受到嘲笑的未來可能不會太遠了。

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

編輯：黃飛