有关家用微波炉的若干问题分析，本文主要内容关键词为：微波炉论文,若干问题论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人们知道，无线电波和光波本质上都是电磁波，电磁波波长范围很宽，约从1×10[-10]cm到3×10[10]cm。其中波长在0.1cm到100cm的电磁波，人们称之为微波。它的频率约在300MHz至300kMHz之间，远高于一般无线电广播和电视广播的载波频率。微波炉就是利用这些微波来加热食品的。国际上为了微波器件标准化和避免通讯干扰，规定工业用微波炉工作频率选用915MHz，家用微波炉选用2450MHz。
1.选用微波加热物品的原因
这是因为微波很容易被含有水分的物品吸收而转化成热能。通常在水分子内，氧原子中的8个带正电荷的质子会把氢原子的电子吸引过来，结果使得水分子内氧原子端成为带负电荷的阴极，氢原子端成为带正电荷的阳极，形成极性分子。在外加电场中，极性水分子可以旋转，使其阳极指向与外电场的方向一致。因此当有微波通过时，水分子将随着微波引起的振荡电场的变化而快速振动起来。又因为该微波的频率和水分子振动的固有频率相同，因此能使水分子发生共振，分子动能迅速增大，使食物的内能增大，温度升高。如果水以冰的形式存在，由于固体分子间结合得较紧密，吸收微波的能力就很低，加热时会很不均匀。
根据以上说明，微波炉能加热含水分较多的食品的原因是由于它们具有以下特点：①_______________；②_____________；③______________。可以推出水分子振动的固有频率为______________Hz。
解析：由上述材料可知①水分子是极性分子；②水是液态；③水分子振动的固有频率和微波炉发出的微波的频率相同。并可以推出水分子振动的固有频率为2.45×10[9]Hz。
2.家用微波炉的构造和工作原理
（1）家用微波炉主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成。接通电源后，220V交变电流经一变压器，一方面在次级（副线圈）产生3.4V交变电流对磁控管灯丝加热，同时在次级（副线圈）产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450MHz的微波。微波经炉顶的波导管传输到金属制成的加热器（炉腔），被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物内外同时受热，因而加热速度快，效率高，并能最大限度地保存食物中的维生素。试回答：①变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为多少？②微波输出功率为700W的磁控管每秒产生的光子数n为多少？
解析：①根据题意可知变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为220∶2000=11∶100。
②由能量关系得Pt=nhv。
则每秒钟产生的光子数
（2）微波炉的心脏是磁控管，即微波发生器。磁控管的输出功率一般为500～700W。磁控管通过天线向波导管发射出带有高频能量的电磁波即微波，微波在波导管内经过多次反射后，再照射到炉膛内食品上。如图1为磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感应强度为B，在运动中这群电子时而接近电极1，时而接近电极2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化，产生电磁波。由于这一群电子散布的范围很小，可以看作集中在一点，共有N个电子，每个电子的电量为e。质量为m，设这群电子圆形轨道的直径为D，电子群离电极1端点P的最短距离为r。则①这群电子做圆周运动的速率、频率各是多少？②在电极1的端点P处，电场强度变化的频率是多少？③在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值、最小值各是多少？
解析：①按照题意，这群电子看成集中在一点，即带有电量Ne的“点”电荷，在磁场中作圆周运动，由洛仑兹力提供向心力。根据牛顿第二定律有NevB=mv[2]/D/2，得电子做圆周运动的速率v=NeBD/2m。电子做圆周运动的频率厂f=v/πD=NeB/2πm。
②根据题意电子绕圆周运动一周，p处的电场强度也周期性变化一次。则电场强度变化的频率等于电子做圆周运动的频率，即为NeB/2πm。
③由点电荷的场强公式得：在电极1的端点P处，运动的电子群产生的电场强度最大值为
（3）微波炉电路中用到的二极管是一种具有单向导电性的半导体器件，它的正向电阻（符号中三角尖的指向）很小，反向电阻很大，为了能测量二极管的伏安特性，现设计如图2所示电路，请将该电路中的双刀双掷开关与电路其它部分画线连好，以便既能测正向特性，又能测反向特性。
解析：要使电路既能测量二极管的正向特性，又能测量反向特性，电路中的双刀双掷开关与电路其它部分连线如图3所示。
3.正确使用微波炉
（1）首先我们要注意，微波虽然能穿透玻璃、塑料和陶瓷等材料，但是它不能穿透金属。并且金属对它有很强烈的反射作用。如果在微波炉内用金属容器盛食品，这一方面阻止了微波对食品的加热，同时金属容器还可以把足够的电磁波能量反射回微波发生器，使其超载损坏。金属器具与炉底或炉壁之间还会产生电火花。所以我们应该用塑料的、玻璃的或陶瓷容器装食品。不过，我们也可以利用微波特性来控制食品加热的部位，把不需要直接加热，或担心烤焦的地方用铝箔遮挡起来。要注意铝箔位置距炉底和炉壁至少要有几厘米远，以免发生电火花。故在使用微波炉时应（）
（A）用金属容器盛放食物放入炉内后加热。
（B）用陶瓷容器盛放食物放入炉内加热。
（C）将微波炉置于磁性材料周围。
（D）将微波炉远离磁性材料周围。
解析：根据上述材料可知选B、D。
（2）其次我们要注意防止爆裂现象。例如，用微波加热鸡蛋，鸡蛋往往会破碎。这是因为__________________。
解析：根据前面的材料，微波渗透到食品内部加热水分，由此产生的大量水蒸气会使物品爆裂，所以微波炉内容器和塑料袋都必须留有狭缝，作为水蒸气的出口，以免爆裂。
（3）最后还需注意防止微波泄漏。微波炉虽然给我们生活带来了方便和乐趣，但是应该明白，强度超过安全限度的微波直接照射到人体时也会带来伤害。如使人出现头昏、乏力等症状。所以我们应该尽可能防止微波泄漏。
正常工作时微波炉的炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前务必先让微波发生电路停止工作。为了方便微波炉的操作，需要设计一保护开关，它能在炉门被打开前自动断电。为了防止微波大量泄漏，该开关必须保证在炉门被打开之前的一定时间内完成断电动作，这一时间称为保护开关动作的时间提前量△t。假设微波在食品以及在空气中的速度都差不多，微波炉炉腔对角线约50cm。且微波束每次穿过炉中食品仅被吸收1/1000，若要求炉门打开时炉内微波强度至少应衰减到正常工作时的百万分之一，请估算保护开关动作的时间提前量△t的数量级，并根据估算结果发表讨论。（lg0.999=-4.345×10[-4]）
解析：（1）设要使微波强度减为正常工作时的百万分之一，微波束要穿过食品n次。由题意，微波束每次穿过炉中食品仅被吸收1/1000，则微波束第一次穿过食品时，强度将减为原来的1-1/1000=999/1000；
微波束第二次穿过食品时，强度将减为原来
微波炉炉腔对角线长约50cm，即微波每经过0.5m就要穿过食品一次，这样要使微波衰减达到要求，它总共要走过的路程
因为微波是一种电磁波，据题意微波在空气中和食品中的速度基本相等。也就是大约等于真空中的光速，所以微波要衰减到要求值，必须经过
这就是说保护开关动作的时间提前量△t大约是10[-5]s。
讨论1：光速实在太快了，所以所需时间的提前量才这么小。讨论2：时间提前量只需这么小，看来保护开关不需要复杂的设计，很容易达到。