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微波怎樣加熱食物?

作者:佚名  人氣: 次  時間:2018年08月09日  星級:

讀者在生活中會注意到,浴室熱燈——浴霸、發紅外線,加熱效果很好;微波加熱食物效果非常好,且穿透性很強。而可見光、紫外線、中波、長波同樣都是電磁波,為什么幾乎沒有加熱能力?在此,有必要再談電磁波頻率與傳熱問題。

【實驗】我們以上討論的是接收電磁波使物質升溫,在此我們逆過來,探討熱的物質會輻射出什么樣的電磁波。

這是一個百年前的著名實驗——黑體輻射。

實驗曲線 在19世紀,隨著煉鋼工業的發展,科學界就開展了對輻射的精細研究,為了研究輻射,科學家精心設計并制作了一個裝置——黑體輻射實驗裝置。

yabo裝置的結構如圖3-1A所示:在密閉的黑體內鉆一小孔,黑體所蘊含的熱僅僅只能由此小孔向外輻射。經過多次精細的實驗,得到了圖3-1B所示的在一定的溫度條件下,輻射頻率與輻射量之間關系的實驗曲線。

面對這樣的曲線,學者們發揮自己的數學才能,運用數學表達式來擬合這條曲線(即尋求一個數學表達式)。其中著名物理學家普朗克所寫出的數學表達式與實驗曲線擬合得相當好,可以說是天衣無縫。但是,普朗克先生的公式中,代表能量的數值不能是連續的,而必須是一個最小值的整數倍,這個最小值就是普朗克常量。

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圖3-1

yabo數學表達式一般是客觀實在的反應,普朗克常量表達了微觀世界的實在,它揭示了在微觀世界,輻射能量是不連續的,輻射能量也不能是無限小,必須是普朗克常量的整數倍,這給在宏觀世界習慣于連續無級的常規思維帶來沖擊,也就把科學帶入到了量子時代。

物質的電磁波的輻射由何而來?是核外電子發生躍遷時向溫度較低的外界輻射的電磁波,同時自身的速率降低一個檔次。由于宏觀的電磁波輻射是無數單個核外電子集合,而單個核外電子的每一次輻射是自身一次躍遷所發出的,是一份一份的,其能量的變化也是像階梯一樣,是一級一級的,所以是量子化的。

yabo反之,當外界溫度較高,無數個核外電子就一份一份地吸收外界輻射的電磁波,使自身的運轉向高速率躍遷,宏觀的表現就是提升自身的溫度。普朗克常數反應了這個客觀實在。

yabo普朗克的量子理論吸引了人們的注意,這條黑體輻射實驗曲線正向人們揭示物質構成的信息。在這條曲線旁還有兩條虛線,這是人們對曲線的擬合,更是對黑體輻射的猜想。

在圖3-1B中,橫坐標是輻射波的頻率,縱坐標為單色輻出度(在某一頻率下所輻射的能量)。實驗曲線的開始段,隨著輻射頻率的增大,輻出度隨之增大,于是就有人根據這開始段的趨勢,按照已有的分子熱運動理論(即溫度越高,分子的振動頻率越快),擬合了一條左邊的虛線。若依照這條曲線,頻率越高輻出度越大,當頻率高到了紫外線或X射線,輻出度直線上升,如果事實真是如此,地球上的一切生物都要遭受滅頂之災,在科學史上,人們戲稱這條曲線為“紫外災難”。幸虧事實上實驗曲線到了中段變緩、變平,到了極大值輻出度隨著頻率的增大而下降。

yabo“紫外災難”曲線失敗了,敗在何處?有人說這是經典理論的失敗,不對!這條災難曲線是由當時的物質理論——分子的熱運動理論推導而成。這正說明著分子的熱運動理論不符合客觀實在,顯現了分子的熱運動理論的敗像,亦說明熱輻射不是分子振動所發出的。輻射波來自何處?這正是人們探索核外電子規律、反思物質理論的絕佳時機,可惜失之交臂。

yabo面對困惑,學界沒有認真去反思以往的物質理論、沒有認真去反思分子熱運動理論,而是關注普朗克公式中能量的不連續,經典物理中量的連續無級的思想方法受到沖擊。但僅僅只是否定經典理論,坐失了探尋物質內部構成的良機。

按現行的物質理論,不考慮物質的核外電子的運動,不考慮核外電子的運轉速率、線路和躍遷,僅以分子的熱運動理論是解釋不了這條優美的曲線的。按現行的分子熱運動理論,溫度越高,分子的振動越加劇。這一理論正是紫外災難的根源。奇怪的是今天的學界一邊在微觀領域建立新的學說,一邊襲用著這一不符合事實、將會導致災難的分子熱運動理論。

yabo內在原因? 實驗中出現的這條曲線是因為:實驗中的黑體,不管它是什么材料制成,它總是由原子、分子構成的,分子、原子的核外電子總是在不停地運轉著。當外界溫度高于物體(黑體)溫度時,物體吸收電磁波,核外電子速率增加,向高速躍遷;當外界溫度低于物體溫度時,核外電子向低速率躍遷,物體發射電磁波輻射,核外電子的運轉速率就是橫坐標中的頻率,在這一頻率下的輻出度就對應得到縱坐標上的一個點,物質的核外電子在不同的頻率下有不同的輻出度,把各種頻率下的輻出度的點連起來,于是就得到了這條優美的凸峰形實驗曲線。

凸峰形曲線表明:核外電子在不同的頻率(橫坐標)條件下的輻射量不同,即在不同的溫度環境下輻射量也發生變化。這說明,核外電子的躍遷是在一定范圍內規律變化,這種變化不是線性的,核外電子發生躍遷只是在某頻率段最積極、最活躍,在低頻和高頻段躍遷減弱。同時也說明核外電子的運轉速率是基本穩定的,只能在某一定范圍內變化。

這是自然賦予的規律,也是自然事物的“度”的普遍特征,凡事都有個度,就像動物的眼睛只能看到一定頻率的光波、耳朵只能聽到一定頻率的聲波。凸峰形曲線是自然事物的普遍規律,例如每天陽光的強弱,動植物的生長周期,人的智力、體力隨年齡變化,都是凸峰形曲線。正因為自然事物的“度”,所以也就不會發生那種“紫外災難”。

普朗克的量子理論說明核外電子是在一定的能級運轉,其運動的變化是階級式的,輻射是隨核外電子的階級躍遷而形成一份一份的量子化的,核外電子的運動是被制約在一定的范圍之內,是有其內在的規律的。

黑體輻射實驗曲線同時揭示了物質核外電子的運動活躍范圍和規律。紅外線的加熱效果很好,微波加熱食物效果更好,是因為自然界大部分物質的核外電子的運動活躍范圍略低于微波、紅外波的頻率,核外電子經這種頻率照射,能夠立即接收并增加速率。而可見光、紫外線、中波、長波的頻率與物質核外電子的運動活躍范圍相差太遠,電子無感覺、無動于衷,所以幾乎沒有加熱能力。

微波爐? 一般物質傳熱都是由表及里,由近向遠逐步傳播,而微波爐卻能使食物內外同時均衡升溫,甚至造成微波照射后的食物內部溫度還要高些的景況,微波爐為什么會有如此神奇的功能?

微波爐內有爐盤讓食物旋轉使加熱更加均勻,然而微波爐最主要的器件是微波發射管(磁控管)。有了磁控管發出微波,才有上述奇妙的均勻同步的加熱效果。

yabo微波是波長在毫米波與米波之間的電磁波,頻率在3×10^10到3×10^13之間,微波原來主要運用于無線電通訊和定位、導航。20世紀40年代,在微波站的工作人員無意中發現,置于微波輻射下的食品被神秘加熱,經過多次觀察試驗,發現了微波的這一能均勻快捷加熱水和食物的功能,于是就申請了專利,制成了微波爐。

微波爐對食物的加熱效果很好,而且穿透性很強。這說明食物——水和碳氫化合物的表面核外電子運轉所伴生的電磁波的頻率略低于微波的頻率,微波能進入食物的表面(一般物質的表面價和電子速率略高于內部),在食物內穿透通行,食物的內外核外電子吸收附近的電磁波輻射,加快運轉速率,于是就均勻快捷地提升了自身的溫度。微波在金屬爐壁內被來回反射,從多方位穿透、加熱食物,食物就被均勻快捷地加熱了。

yabo【實驗】用微波爐你還可以做一個實驗:

yaboA.把一個裝半杯水的杯子和一個空杯子同時放進微波爐。

yaboB.把一個裝半杯水的杯子和一個裝半杯食用油的杯子同時放進微波爐。

微波2分鐘,開門察看,哪個杯子的溫度高?

為什么A、B兩組試驗中都是有水的杯子溫度會高些?這說明:

1.微波沒有溫度,有物質才有溫度。

yabo2.微波的頻率對水的核外電子作用更大,工廠有意把微波爐頻率調節到與水的核外電子率相近。(這微波頻率是試驗出的)

3.盛水和食物的器具,瓷器玻璃等能讓微波通行,但此頻率的微波對瓷器玻璃材料的加熱效果不明顯,說明這些材料的核外電子速率與此微波不是十分相關。

yabo4.微波在金屬爐壁內被來回反射,說明金屬內存在著穩定、有序、相互接力的電磁波,這樣的電磁場構成了金屬內密集的內聚力,強大內磁場擋住微波使之不能進入、更不能穿透,而是被來回反射。這說明微波不能用來加熱金屬,也不宜在微波爐內使用金屬器皿。

yabo實驗揭示了微波與不同物質的核外電子相互作用的自然規律。而用現行的分子熱運動理論、核外電子運動無規律理論難以說明微波爐的上述特性的由來,也難以說明微波與食物、陶瓷器具、金屬爐壁之間的懸殊關系。

以上實驗事實證實了核外電子的運動是規律的,這種規律揭示了熱的本質,系統解讀了各種物質傳熱的真實路徑。現行主流學者所沿襲的那些電子云理論、測不準理論及其矛盾百出的分子振動熱學、自由電子導熱等荒唐理論使近代物理的研究失去了方向,60多年,使科學走進了沉寂的深淵。探討核外電子的規律運動是科學進展的必由之路,核外電子規律運動打開了科學探索的新大門,一定會迎來科學繁盛的新時代。

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