如今，微波爐已經成了大多數家庭必備的廚房電器。它使用方便、快速，無論是你想加熱飯菜，或是臨時需要一杯溫水，只要放進微波爐里「叮」一下，很快就能達成心愿。更重要的是，它不需要很麻煩地清洗，簡直是懶人的福音啊！

微波爐是如此簡單易用，以至於聰明的你不需要看說明書就知道怎麼去操作它。但如果要問你「微波爐是如何加熱食物的？它能做什麼不能做什麼？為什麼有些東西不能放進微波爐里加熱？」許多人就說不出個所以然了。

今天我們就來聊聊微波爐里的科學。

微波爐是怎麼發明出來的？

愛迪生團隊希望製造一個能夠用電力照明的燈，使人們擺脫對油燈的依賴。經過許多次挫折和反覆試錯，他們終於發明了可靠的電燈。許多產品在被創造出來之前，發明者都已經有一個明確的目標，並向著目標反覆探索和實驗。但微波爐不是這樣，它完全是在製造雷達的過程中被無意發現，然後發明出來的。

著名的雷神公司在第二次世界大戰時就生產雷達。這種大型無線電天線可以向外發射電波，同時接收反射回來的電波波束，通過計算反射波的時間間隔和角度來判斷敵方飛機的距離和方位。雷達在當時是先進的武器，它上面的關鍵部件「磁控管」用來產生電磁波。有一天，雷神公司的工程師珀西.斯賓塞在測試一個新的磁控管時，無意中發現自己口袋裡的糖塊融化了，他懷疑是磁控管發射的電磁波造成的，於是他拿了一個生雞蛋來做實驗。當斯賓塞將磁控管的電波波束對準雞蛋時，雞蛋很快因內部受熱而爆炸。隨後斯賓塞又拿磁控管加熱玉米粒，他很快得到了一堆爆米花。

雷神公司得知斯賓塞的發現後，迅速註冊了「利用雷達技術進行烹飪加工」的發明專利，並且很快就用磁控管造出了第一台烹飪機器，他們給這個新機器起名叫「Radarange」，意思是「小範圍雷達」（這是純理科生起的名字）。後來，營銷專家們覺得「微波」這個詞更加時髦（就像今天各種「量子」和「納米」滿天飛一樣），他們給新機器起名「microwave ovens」,後來乾脆改叫「microwaves」，這就是微波爐的由來。

微波為什麼能加熱？

微波通常是指波長在0.1mm~1m之間的電磁波，它的頻率範圍300MHz~3000GHz之間，在這個頻段里光量子的能量約為1.99×10⁻²⁵ J~1.99×10⁻²¹ J。微波波段光子的能量不高，它不足以引起電離反應，但可以像紅外線一樣加熱物體。

微波的物理特性通常表現在穿透、反射和吸收（部分吸收）三個方面：對於一些非極性物體如玻璃、陶瓷等，微波會直接穿過，很少與其中的原子發生相互作用；對於擁有大量自由電子的金屬物體，微波像可見光一樣很容易被反射；而水就很容易吸收微波而發熱。

一個物體能否容易被微波加熱，與它自身的介電常數相關。介電常數越大的物體越容易被加熱，反之，介電常數小於2.8則被稱為非極性物質，它不容易受微波的影響。空氣的介電常數為1.000585，它幾乎不受微波的影響；玻璃的相對介電常數大約為5~10；而水則達到81.5，因為水分子顯現強極性。

水的強極性是由水分子的結構決定的。我們知道水分子由一個氧原子與兩個氫原子構成，這兩個氫原子與氧原子並不在同一條軸線上，兩個H-O原子鍵之間有一個104°28′的夾角，氫帶正電荷，氧攜帶負電荷，因此水分子對外具有極性。

當微波穿過水時，強極性的水分子會隨著微波快速變化的高頻電磁場不斷變化自己的方向，從而將微波場的場能量轉化為水分子的熱能，導致水的溫度迅速升高。食物中含水量越高，它就越容易被微波加熱。

微波爐不能加熱金屬，但它可以在金屬尖銳表面形成駐波，從而導致強放電現象，這有可能引起火災。所以你最好不要把金屬物體放進微波爐里，無論是碗碟還是刀叉。

微波爐為什麼不能殺死螞蟻？

有好事者做過實驗，他們抓了幾隻螞蟻放進微波爐里打算對其施以酷刑，然而螞蟻在裡邊爬來爬去，完全不把致命的微波當回事，同樣的情形也發生在小蟑螂身上。這到底是為什麼呢？難道是螞蟻對微波「免疫」？

這需要從微波爐的結構說起。

我們知道微波爐里都有一個磁控管，它可以產生微波波束。磁控管產生的微波通過一條金屬管傳遞到微波爐箱體的上方，那裡有一個風扇一樣的部件。這個「風扇」是用來反射微波的，它利用微波碰到金屬會被反射的特點將微波波束掃射到箱體內部四壁，使其在爐子裡不斷地來回反射，直到照射到食物上被吸收為止。

由於微波具有很強的方向性，所以在微波爐里總會有照射不到的地方，螞蟻就是在爐子裡不斷地尋找微波的空隙。當然了，螞蟻的身體很小，相比之下它的身體表面積非常大，可以更快地散熱，再加上它體內含的水分少，這也是它容易生存下來的原因之一。如果你拿個膠帶把它固定在微波爐中間，它就死定了。

微波爐可以殺菌但不能消毒

如果你用微波爐加熱一條濕毛巾來對其消毒，這是可以做到的，因為大多數常見的細菌無法耐受高溫，同時微波可以破壞細菌體內的蛋白質和胺基酸。

但研究結果表明，微波對細菌產生的毒素沒什麼作用，微波不能拿來消毒。

約旦大學的科學團隊將受到黃麴黴毒素污染的雞飼料放進微波爐里，以2450MHz和1.45kW的高頻輸出，100％功率加熱2、4、8和10分鐘，檢測的結果發現，微波只清除了22%~32%的黃曲酶，效果十分不理想。究其原因，一方面是殺死病毒需要200℃甚至更高的溫度，並且不留死角，這兩點微波爐都做不到。

微波會致癌？

總體來說，微波爐是很安全的。

我們前面介紹了，微波是非電離輻射的電磁波，它的能量比較低，只會對物質有加熱作用，不會電離原子外層的電子。微波主要用於通信，因為它具有信息性和指向性。目前世界多個國家也研製了一些非致命的微波武器，它主要也是利用微波加熱的原理，用來驅趕敵方。

微波爐里的微波從理論上不會被泄漏出來。這是因為微波爐的電磁波頻率被限定在2450MHz的標準，由波長λ=c/f，我們可以計算出微波爐中微波的波長為122毫米，微波爐箱體四周的金屬板的小孔最大也只有2毫米左右，因此微波很難泄漏出來，人站在附近是安全的。

微波加熱的食物會產生致癌物質嗎？

我們前面介紹了，微波主要是通過振動食物中的水分子來加熱食物，因此它不會破壞食物中的有益成分。

肉類如果過度加熱，它有可能生成過量的雜環芳香胺（HCAs）和多環芳烴（PAHs），這些物質被認為有更多的致癌風險，如果你在燒烤時把肉烤焦了，我建議你最好不要再吃它，因為燒焦的肉裡邊有更多的HCAs和PAHs。但微波爐加熱的食物很難達到這麼高的溫度，因此總體上用微波爐加熱食物是安全的。你大可不必擔心。