微波的种种妙用

微波是电磁波家族中较年轻的一员。“年龄”大约是50岁。微波是指波长从一米到一毫米的电磁波段。它的频率远远高于常见的短波和超短波。此外，微波段中可用于通信的频带相当宽，甚至比整个无线电波段中可用于通信的几个其他频带的总和宽几千倍。因此，它可以保存特别大量的信息。它还可以利用通信卫星通过电离层传输，为雷达、地面微波中继通信和卫星通信开辟了广阔的前景。微波的第二个主要用途是遥感，它利用高空飞机或卫星上的微波设备和仪器接收来自地面各种场景的辐射和反射微波能量。通过分析微波遥感仪器获得的微波图像，人们可以进一步了解地面目标的状态和性质。微波遥感技术在军事和地质调查中发挥着重要作用。近十年来，随着微波器件的发展，特别是连续波磁控管的发明，微波技术开辟了一个新的领域，即微波加热技术。通常的加热方法是将热量从外部连续传递到被加热物体，被加热物体通过热传导连续吸收外部提供的热量而变热。这种加热方法的效率非常低，加热时间长，并且在加热过程中，大量的热量被散发到空气中并被浪费掉。微波加热炉是一个中空的金属箱体，微波通过波导管送入箱体，在微波入口处安装有电磁场搅拌器，可以自动改变微波反射的方向，提高炉内超高频场的均匀性，使其加热均匀。待加热的食物被放在烤箱*的低损耗中板上。炉壁设有通气孔，以排出加热过程中产生的水蒸气。微波加热的原理很简单。你可以利用中学物理课上学到的知识来理解它。加热的食物总是含有水分。水分子是偶极，一端带正电荷，另一端带负电荷。在正常情况下，水分子的排列是混乱的，从宏观角度来看，它们不显示正负极性。然而，在微波电场的作用下，极性水分子会沿电场方向排列。所有水分子的正极面对电源的负极，水分子的负极面对电源的正极。电源的正极和负极改变方向，水分子的正极和负极也相应改变方向。微波电场的方向每秒钟变化数十亿次。随着高频微波电场的快速变化，食物中的水分子也改变了方向，迅速向上摆动。电场变化有多快，水分子振荡有多快。然而，当电场变化太快时，由于水分子之间相互作用力的拉动，水分子必须克服相邻水分子之间的相互作用力和阻力，以便快速转动和摆动，这产生类似的摩擦效应。摩擦功的结果产生热量。食物中的每个水分子也不例外。它在疯狂而快速地摇摆和加热。结果，整个食物同时变热了。这种加热方法，用科学术语来说，叫做高频介质加热。根据上述原理，不难看出微波加热本质上是一种分子级加热方法。被加热的物体中每一个含有水的分子都是一个小加热器，就像操场上整齐排列的士兵，在指挥官的指挥下一致行动。微波电场的“指挥官”不会喊其他命令，只会喊“退后”，每秒钟会连续喊几十亿次“退后”。每个“士兵”(水分子)都以服从为己任，不断“回头”。因此，微波加热内外相对均匀一致，不会出现“外焦里嫩”的现象，加热时间大大缩短，能量损失大大减少。