水和冰一起進微波爐會怎樣?你不能最後一個知道_風聞
把科学带回家-把科学带回家官方账号-专注于孩子的科普教育05-15 17:56

撰文 | 七君
水和冰一起放到微波爐里加熱3分鐘,水已經冒煙的情況下,冰塊會化掉嗎?
事實上並不會。
不信,看一下這個視頻——
(圖片來源:水印)
這個博主把一杯水和一杯冰放到微波爐裏同時加熱3分鐘,結果水已經開始汽化了,冰還是冰。
這個視頻突破了許多人的常識,在網上爆火,得到了千萬次播放。
這是咋回事呢?不會是倒放吧?
其實,這水是真的水,冰也是真的冰,短視頻也是真的火。那麼微波爐咋不能融化冰呢?微波爐不是有化冰檔嗎?
今天我們就來解答這個隱秘的常識。

(圖片來源:wikimedia)
事情要從微波爐的原理説起。
**微波爐和烤箱不一樣,並不直接傳導熱量加熱食物,**微波加熱靠的是的食物裏的極性分子,因為極性分子能“吃”微波。
具體來説,微波是一種電磁波,變化的電磁波在微波爐裏能“畫”出磁感線,這個我們在中學學過。
而極性分子一端帶正電,一端帶負電,它們就像磁鐵,總是想着和磁感線對齊。不過,在微波爐裏它們總是來不及。

介電加熱(圖片來源:水印)
因為微波爐裏的磁場可以每秒變化數百萬次。想象一下,教官如果讓軍訓的同學們每秒向前再向後轉百萬次會怎樣?學員之間估計會撞個頭破血流吧。極性分子也是這樣,不過它們不流血,而是越撞越熱。這個利用變化的電磁場引發粒子互撞生熱的物理現象叫做介電加熱(dielectric heating)。
那麼,這麼愛折騰的極性分子從哪裏找呢?
其實它們無處不在,水分子就是一種極性分子,脂肪、蛋白質、糖分子也能在微波爐裏瞎轉。
變化電場中的水分子(圖片來源:radio frequency co)
所以問題來了,冰不是由水分子構成的嗎?微波為什麼對冰沒有作用呢?
其實,這個問題早在90年代就有人注意到了。1995年,弗吉尼亞大學物理系對此的解釋是,液態水中的水分子可以自由移動,因此可以在變化的電磁場中瘋轉。
但是冰比較剋制,因為冰是是水分子相互“鎖定”形成的晶體,它裏面的水分子沒有辦法愉快旋轉,因此在同等條件下無法產生自由水分子那樣的熱量。

水(左)和冰(右)的水分子差別(圖片來源:wikimedia)
要讓冰被微波化掉,只能靠冰表面一些遊離的水分子,它們在吸收了微波後可以產熱。而當這些分子變得活躍後,它們就更自由,可以產生更多的熱量,然後把熱量傳遞給內部的冰晶,讓冰逐漸融化。這就是為什麼微波爐做不到快速解凍。
博主把染色冰水滴入冰塊後,放到微波爐里加熱,很明顯水加熱帶動冰融化,而不是反過來(圖片來源:Greg Blonder/youtube)
除了水和冰的差別,微波爐很難融解冰塊其實還牽涉到微波爐的其他一些缺陷。
首先,因為微波也是電磁波,它們會相互干涉,使得一些地方增強,一些地方減弱,也就是會出現相長干涉和相消干涉,這就會導致食物受熱不均。
美國農業部食品安全檢驗局(FSIS)強調,微波爐加熱並不均勻,食物會有“冷點”(cold spots);這些部位因為沒有充分受熱,細菌可能沒有被殺死,可能會造成食物中毒。

微波爐加熱的食物有冷點(紫色)(圖片來源:campdenbri.co.uk/blogs/solid-state-microwaves.php)
當然廠家也知道微波爐有這個問題,為了避免微波相消的冷點(波節)無法加熱食物,微波爐一般都自帶轉盤。

在微波爐里加熱25秒後,不旋轉(左)和旋轉(中)的差別,紫色區温度低(圖片來源:genuine ideas)
微波爐的第二大缺陷就是微波的穿透力很差,食物內部其實不會被直接加熱。
美國農業部食品安全檢驗局(FSIS)解釋道,微波並沒有很強的穿透力,只能深入食物表層以下2-4釐米,食物內部的加熱是靠熱傳導實現的。
綜合上述,這就是為什麼文章開頭的冰融不了。當然,這也是為什麼冰凍食物用微波爐加熱後,一些部分還是冰的,但是一些原本就有水的地方卻燙得要死。所以在用微波爐做菜,特別是用大塊的生肉做菜的時候,一定要切小塊,並且反覆翻動。

(圖片來源:wikimedia)
你可能會問,既然微波爐並不擅長融冰,那麼那種帶“解凍”檔的微波爐是什麼原理呢?
其實,微波爐解凍檔的工作原理就是開開停停,靠犧牲時間,讓食物化出一部分液態水後,再加熱。
等下,微波爐為什麼不用低檔的微波火力加熱呢?
這又是一個隱藏很深的冷知識了:傳統的微波爐只有兩檔——開和關,所謂的不同火力大小是通過佔空比(Duty Ratio)實現的,簡單來説就是開一會兒關一會兒。

傳統微波爐的火力調控原理靠的是佔空比:開開關關(圖片來源:panasonic.hk)
比如50%的火力指的是開一半時間,關一半時間,而不是以一半的功率開着。當然現在出現了一些變頻微波爐,可以不靠佔空比,而直接拉低功率,就像烤箱那樣。
最後要提醒大家的是,除了冰,一些食物也不適合進微波爐。
生葡萄在微波爐裏產生電弧(圖片來源:wired)
**火遍全網的生葡萄不能進微波爐現象就不用説了,**它會在微波爐裏產生產電弧(arcing),也就是使氣體擊穿成為等離子體。葡萄加微波,閃電下火鍋。
胡蘿蔔在微波爐裏產生電弧(圖片來源:Stefonivich/youtube)
但是另外兩道冷門食材也很生猛。
生胡蘿蔔在微波爐裏也會火光加閃電,不過背後的原理還沒有被理解透。美國農業部食品安全檢驗局(FSIS)介紹,**這可能是胡蘿蔔種植土壤中的金屬所致。**此外,熱狗在微波爐裏也會發生電弧,這可能是因為熱狗里加的某些鹽和添加劑。
把胡蘿蔔、熱狗和葡萄一起放到微波爐裏就更不可取了哈。懂行的知道你在閃電開會,不知道的還以為你拿微波爐煉丹呢。
水已經很生“汽”了,但冰卻不為所“動”。
封面來源:wikimedia
參考資料:
https://docs.qq.com/doc/DVE9mdFlSWE9aZEJy