水和冰一起进微波炉会怎样？你不能最后一个知道
来源:中科院半导体所发布时间:2023-05-141154浏览
询问 AI
撰文 | 七君
水和冰一起放到微波炉里加热3分钟，水已经冒烟的情况下，冰块会化掉吗？
事实上并不会。
不信，看一下这个视频——
（图片来源：水印）
这个博主把一杯水和一杯冰放到微波炉里同时加热3分钟，结果水已经开始汽化了，冰还是冰。
这个视频突破了许多人的常识，在网上爆火，得到了千万次播放。
这是咋回事呢？不会是倒放吧？
其实，这水是真的水，冰也是真的冰，短视频也是真的火。那么微波炉咋不能融化冰呢？微波炉不是有化冰档吗？
今天我们就来解答这个隐秘的常识。
（图片来源：wikimedia）
事情要从微波炉的原理说起。
微波炉和烤箱不一样，并不直接传导热量加热食物，微波加热靠的是的食物里的极性分子，因为极性分子能“吃”微波。
具体来说，微波是一种电磁波，变化的电磁波在微波炉里能“画”出磁感线，这个我们在中学学过。
而极性分子一端带正电，一端带负电，它们就像磁铁，总是想着和磁感线对齐。不过，在微波炉里它们总是来不及。
介电加热（图片来源：水印）
因为微波炉里的磁场可以每秒变化数百万次。想象一下，教官如果让军训的同学们每秒向前再向后转百万次会怎样？学员之间估计会撞个头破血流吧。极性分子也是这样，不过它们不流血，而是越撞越热。这个利用变化的电磁场引发粒子互撞生热的物理现象叫做介电加热（dielectric heating）。
那么，这么爱折腾的极性分子从哪里找呢？
其实它们无处不在，水分子就是一种极性分子，脂肪、蛋白质、糖分子也能在微波炉里瞎转。
变化电场中的水分子（图片来源：radio frequency co）
所以问题来了，冰不是由水分子构成的吗？微波为什么对冰没有作用呢？
其实，这个问题早在90年代就有人注意到了。1995年，弗吉尼亚大学物理系对此的解释是，液态水中的水分子可以自由移动，因此可以在变化的电磁场中疯转。
但是冰比较克制，因为冰是是水分子相互“锁定”形成的晶体，它里面的水分子没有办法愉快旋转，因此在同等条件下无法产生自由水分子那样的热量。
水（左）和冰（右）的水分子差别（图片来源：wikimedia）
要让冰被微波化掉，只能靠冰表面一些游离的水分子，它们在吸收了微波后可以产热。而当这些分子变得活跃后，它们就更自由，可以产生更多的热量，然后把热量传递给内部的冰晶，让冰逐渐融化。这就是为什么微波炉做不到快速解冻。
博主把染色冰水滴入冰块后，放到微波炉里加热，很明显水加热带动冰融化，而不是反过来（图片来源：Greg Blonder/youtube）
除了水和冰的差别，微波炉很难融解冰块其实还牵涉到微波炉的其他一些缺陷。
首先，因为微波也是电磁波，它们会相互干涉，使得一些地方增强，一些地方减弱，也就是会出现相长干涉和相消干涉，这就会导致食物受热不均。
美国农业部食品安全检验局（FSIS）强调，微波炉加热并不均匀，食物会有“冷点”（cold spots）；这些部位因为没有充分受热，细菌可能没有被杀死，可能会造成食物中毒。
微波炉加热的食物有冷点（紫色）（图片来源：campdenbri.co.uk/blogs/solid-state-microwaves.php）
当然厂家也知道微波炉有这个问题，为了避免微波相消的冷点（波节）无法加热食物，微波炉一般都自带转盘。
在微波炉里加热25秒后，不旋转（左）和旋转（中）的差别，紫色区温度低（图片来源：genuine ideas）
微波炉的第二大缺陷就是微波的穿透力很差，食物内部其实不会被直接加热。
美国农业部食品安全检验局（FSIS）解释道，微波并没有很强的穿透力，只能深入食物表层以下2-4厘米，食物内部的加热是靠热传导实现的。
综合上述，这就是为什么文章开头的冰融不了。当然，这也是为什么冰冻食物用微波炉加热后，一些部分还是冰的，但是一些原本就有水的地方却烫得要死。所以在用微波炉做菜，特别是用大块的生肉做菜的时候，一定要切小块，并且反复翻动。
（图片来源：wikimedia）
你可能会问，既然微波炉并不擅长融冰，那么那种带“解冻”档的微波炉是什么原理呢？
其实，微波炉解冻档的工作原理就是开开停停，靠牺牲时间，让食物化出一部分液态水后，再加热。
等下，微波炉为什么不用低档的微波火力加热呢？
这又是一个隐藏很深的冷知识了：传统的微波炉只有两档——开和关，所谓的不同火力大小是通过占空比（Duty Ratio）实现的，简单来说就是开一会儿关一会儿。
传统微波炉的火力调控原理靠的是占空比：开开关关（图片来源：panasonic.hk）
比如50%的火力指的是开一半时间，关一半时间，而不是以一半的功率开着。当然现在出现了一些变频微波炉，可以不靠占空比，而直接拉低功率，就像烤箱那样。
最后要提醒大家的是，除了冰，一些食物也不适合进微波炉。
生葡萄在微波炉里产生电弧（图片来源：wired）
火遍全网的生葡萄不能进微波炉现象就不用说了，它会在微波炉里产生产电弧（arcing），也就是使气体击穿成为等离子体。葡萄加微波，闪电下火锅。
胡萝卜在微波炉里产生电弧（图片来源：Stefonivich/youtube）
但是另外两道冷门食材也很生猛。
生胡萝卜在微波炉里也会火光加闪电，不过背后的原理还没有被理解透。美国农业部食品安全检验局（FSIS）介绍，这可能是胡萝卜种植土壤中的金属所致。此外，热狗在微波炉里也会发生电弧，这可能是因为热狗里加的某些盐和添加剂。
把胡萝卜、热狗和葡萄一起放到微波炉里就更不可取了哈。懂行的知道你在闪电开会，不知道的还以为你拿微波炉炼丹呢。
水已经很生“汽”了，但冰却不为所“动”。
封面来源：wikimedia参考资料：
https://docs.qq.com/doc/DVE9mdFlSWE9aZEJy
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编辑：薛定谔的薛定谔
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