2011年12月8日

[知識分享站] 驚爆「微波爐」!! 是誰惹的禍??

日常生活中幾乎天天都會用到的「微波爐(microwave oven)」其實暗藏危機,但這是真的嗎?很早之前曾經看過一則報導,英國一名九歲的女童以微波爐加熱一枚帶殼的熟蛋,結果蛋在拿出微波爐後爆炸,蛋殼傷及女童右眼造成失明。而專家也提到其他殼類的食物,同樣會有爆炸的可能性,解決方法就是要戳洞來避免危險。(新聞來源:微波螃蟹、蛋會「爆炸」? 專家:殼先戳洞!)

但為何要戳洞?它的原理為何呢?其實,「微波爐(microwave oven)」隱藏著許多與物理學相關的原理,瞭解它的相關運作方式和物理現象,會是幫助我們釐清為何會爆炸或者微波爐可能產生的其他影響。關於物理現象的探討,就要利用物理學領域的權威IOP (Institute of Physics) 資料庫,裡面豐富且專業的資源,夠讓我們再次體驗生活物理的樂趣,同時可以檢索到與微波爐相關的期刊文獻資料,從學術定義的角度對於其物理的相關現象和實驗有所了解。


首先,透過文獻的解說,我們可以知道微波爐加熱食物的原理,是利用微波(高能量的光子)破壞水分子間,氫鍵(hydrogen)的鍵結.但是由於氫原子與氧原子,對於電子親和力的不同,水分子之間的氫原子與氧原子又產生鍵結的現象,隨著氫鍵的破壞與重組,使得水分子不斷地在擾動(在微觀上水分子的平均動能隨時間擴大),故在宏觀的觀察下,水分子重新排列的結果以熱的形式放出能量,使得水分子的溫度隨時間增加,進而達到烹煮食物的效果。

而在"Physics of the microwave oven (Michael Vollmer 2004 Phys. Educ. 39 74)"一文中,探討了第一代烤箱與微波爐在磁控管(magnetrons)、波導(waveguides)和駐波(standing waves)的運作情況。然後,討論食物經過微波後,水分子的介電質弛豫(dielectric relaxation)現象,電磁波在物質間的穿透情況以及微波加熱中的多光電離或解離(multi-photon ionization or dissociation)的化學變化。透過這篇文章讓大家建立了瞭解整個微波爐運作的基礎概知。



再來,我們在使用微波爐時,總是會提到一些使用的安全或使用的限制,這其實都與物理現象和作用有所相關。以" More experiments with microwave ovens (Michael Vollmer, Klaus-Peter Möllmann and Detlef Karstädt)"文章所提到的實驗來看,眼見為憑,讓我們知道微波爐使用上的限制。


微波爐不能加熱有含金屬類的物質??? 以" Microwave oven experiments with metals and light sources (Michael Vollmer, Klaus-Peter Möllmann and Detlef Karstädt t)"所作的實驗來看,可以瞭解結果(參考下圖)。因此,簡單地說,主要是因為微波有一個特性,它遇到金屬便反射回來,所以用金屬容器盛載食物,在微波爐中不能被加熱,長時間還可以損壞微坡爐,原因是發射出去的微波沒有損耗地全部反射回來,後果是使發射微波的器件產生高溫以至損壞。因此用微波爐煮食物,應選用絕緣耐熱材料制成的容器,如陶瓷、耐熱玻璃或塑料等。


師大化學系教授吳家誠指出,微波造成的不安全,如食物變質或者容器釋出毒素等,不是因為「微波」本身,而是微波後的「溫度」。這樣的危險,在用電或用火加熱,也可能存在。要安全且營養地食用微波食物就是要參考專家們的建議:1 將微波拿來溫熱食物,不要拿來烹煮食物。2 正確使用容器與包材,不同的材質會對微波起不同的作用,也可能帶來不同的危險性。因此,微波爐給我們的生活地來了巨大的好處,但有利也有弊,如果使用不當,微波爐也是有一定的危害的。但也千萬不要過度緊張,要適時地去了解它的原理,並注意到相關的使用規格即可。

參考資源:
特約編輯 | Nicky 提供

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