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微波炉的历史

一台微波炉。

微波2017年庆祝成立50周年。早期的版本并没有立即在美国公众中火起来,这不仅是因为它们的售价很高,也是因为对泄漏危险辐射的安全担忧。日本和韩国制造商在20世纪80年代中期凭借更小、更实惠的微波炉进入市场。

到1986年,大约四分之一的美国家庭拥有微波炉。然后增加到2009年96%随着微波炉使个人可以同时处理多项任务,家庭聚餐的频率开始降低。

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历史

白色背景不锈钢微波炉。微波炉,其中必不可少厨房电器是一个偶然的发明。

随着第二次世界大战的结束,市场对磁控管管用于为近距离军事雷达产生微波的材料已经不再使用。雷神(Raytheon)等磁控管制造商急于为这项技术找到新的应用。

当时,利用无线电波加热食品的想法并不是一个新现象,因为贝尔实验室、RCA和通用电气已经提出了这个想法,并正在研究这项技术。

介电加热

老式微波炉。

无线电波加热介电材料,在医学和工业概念上的应用相当普遍,这已经是一个众所周知的事实。

第一次利用高频无线电波加热材料是由20世纪20年代真空无线发射管的发展开始的。到20世纪30年代,短波对人体热组织的应用已被用作医学治疗。

1933年在芝加哥举行的世界博览会上,西屋公司展示了一种10千瓦的短波无线电发射机,可以在两个金属盘子之间煮土豆和牛排。然而,这些烹饪冒险并没有带来多少好处。

1937年,贝尔实验室的美国专利声明,该发明涉及电介质物质的加热系统,其发展目标是在整个体积内均匀而显著地同时加热这些物质。因此,有人提出,当这些材料受到高电压、高频场的影响时,利用它们内部产生的介电损耗,在整个体积内同时加热这些材料。

该专利描述了低频介电加热,这类似于感应加热-电磁加热的结果。它是由电磁腔中所经历的近场效应引起的。这比典型电磁场的波长要小。这项专利提出了以10至20兆赫频率进行射频加热的想法。

来自波长小于其腔的微波的热量来自远场效应。这是在现代微波技术。同样,在微波和无线电频率下,各种电磁场的主要加热效应是由于介电加热效应发生的,因为极化分子受到一个快速交替的电场的影响。

腔磁控管

腔磁控管。

发现了腔磁控管使产生足够小的电磁波成为可能。磁控管最初是短波雷达制造的重要组成部分,特别是在第二次世界大战期间。1937年至1940年间,英国物理学家约翰·特顿·兰德尔爵士(Sir John Turton Randall)与一组其他科学家一起开发了一种多腔磁控管。这项发明被用于美国和英国的军事雷达装置。这台机器是一台大功率微波发生器,能产生急需的短波。

1940年,哈里·布特和兰德尔在伯明翰大学发明了一个工作原型。他们制造了一个阀门,可以在大约10厘米的波长上喷出微波无线电能量——这是没有人预料到会发生的事情。

亨利·蒂泽德爵士将于1940年9月下旬前往美国,以磁控管交换他们的工业和财政援助。1940年9月,由通用电气公司在伦敦建造的6千瓦版本提交给了美国政府。这个磁控管后来被一位美国历史学家描述为“有史以来送到我们商店的最有价值的货物”。雷声公司和其他公司被授予合同,以促进磁控管的大规模生产。

偶然的发现

一小碗软爆米花和一个白色的微波炉。

微波炉的突破出现在1945年。发展是纯粹的巧合因为他并不是在发明微波设备,而是在实验室里继续他的工作。美国自学成才的工程师珀西·斯宾塞博士发现了高功率微波光束的特殊加热效果。

斯宾塞是雷神公司的员工当他在实验室里研究使用微波束的雷达时,他注意到口袋里的巧克力棒被加热了。他很好奇,想知道是不是磁控管的热量引起了加热。因此,第二天他买了爆米花粒,把它们放在离管很近的地方。经过仔细观察,他注意到爆米花几分钟后就开始开裂了。很快,它们就在实验室里遍地开花。

第二天,斯宾塞和他的一个同事决定试着在磁控管的末端放一个鸡蛋。鸡蛋很快又开始移动了。然而,它在几分钟后爆炸了。原因是蛋黄比外部加热得快,形成内部压力,最终爆炸。

经过这三个实验,斯宾塞得出结论,低密度微波能量可以用来烹饪食物。尽管他们最终遭遇了挫折,但他们的发明感觉好多了。这项发明的最后一个推论是斯宾塞博士拿了一个金属盒子,给它注入微波功率,并用它来创造一个高密度的电磁场。他们把食物放在这个金属盒子里。结果和他们之前观察到的一样——食物在很短的时间内就被加热了。

第一个模型

1945年10月8日,雷神公司为斯宾塞的发明申请了美国专利。他们发明了第一台用于加热食物的微波炉。一种设备在波士顿餐厅接受了测试。他们把这个模型命名为Radarange。它比我们现在拥有的现代版本要大得多。它大约有6英尺高,750磅重。它的价格是5000美元。由于在烤箱中使用的磁控管需要水冷却,一些管道安装也包括在第一个模型。开动这台机器所需的功率是3千瓦。

进化

一套白色背景的白色微波炉。

第一款商用车型诞生于1954年,但在销售方面表现不佳。1965年,阿马纳公司被雷神公司收购,1967年,他们制造了第一台家用微波炉。它的零售价为495美元,尽管销量不佳,但还是很受欢迎。这开启了一个全新烹饪概念的时代。

在20世纪60年代,另一家名为利顿的公司开发了一种新型号的烤箱,它又宽又短。它们的外观和现在的微波炉几乎一样。该模型使用了一种特殊的磁控管馈电,有助于在一段不精确的时间内支持其空载状态。该模型第一次展出是在芝加哥的一个贸易博览会上。交易会结束后,销售增长的速度越来越快。在20世纪70年代,他们的销售额以更快的速度增长。到1975年底,该公司在美国市场的销量已超过100万辆。

大约在同一时间,日本创造了一种更便宜的产品微波电器使用重新设计的磁控管。新的磁控管比第一个便宜得多。在20世纪70年代末,其他公司也推出了具有更好功能的版本。结果是微波炉的价格稳步下降。到目前为止,市场是这样的还在进化所以即使你的预算很低,你也可以很容易地找到一台微波炉。

的原则

微波的内部结构。

一个微波炉通过微波能量通过食物来加热食物。微波是一种非电离电磁发射形式,其频率高于典型的无线电波。然而,它比红外光的速率要低。的烤箱在工业、科学、医疗广告之一中使用频率,这些频率为此应用程序保留。因此,它们不会干扰其他重要的无线电服务。

家用烤箱通常使用2.45 GHz,也就是4.8英寸的波长。工业或商业设备使用915兆赫,波长为12.9英寸。在微波炉中加热的食物中的脂肪、水和其他物质在称为电介质加热的过程中从微波中吸收能量。许多分子——比如水分子——是电偶极子,这意味着它们一端带部分正电荷,另一端带部分负电荷。

当它们试图与旋转的波电场对齐时,它们会旋转。旋转的分子相互撞击,使它们运动起来,从而分配能量。能量以分子的形式分布振动液体和固体的旋转和平移会增加食物的温度。这个过程类似于从较热的物体传递热量的过程。

微波操作在液体中比在冷冻水中更有效。这是因为在冷冻水中分子的运动比在液态水中受到更大的限制。在10GHz场下,介质损耗在0℃时最大。

水在微波加热中比糖和脂肪更有效。原因是脂肪和糖的分子偶极运动较少。由于羟基或酯基的偶极运动,它们吸收微波。然而,由于油脂的比热容低,蒸发温度高,它们在烤箱内达到很高的温度。它们会使培根等高脂肪和高油脂食物的温度高于水的沸点。它们的温度也高到足以引起褐变反应,就像水的沸点一样。

加热的特点

一碗正在微波炉里加热的食物。

微波与食物相互作用在食物内部产生热量.有些人认为微波炉从内部烹饪食物——这是一个很大的误解。如果你在微波炉里加热不均匀,这可能是微波分布不均匀的结果,部分原因是食物不同部位的能量吸收率不同。微波的不均匀性可以通过搅拌器来减少,搅拌器是一种风扇,它可以在烤箱旋转时将能量分布在整个烤箱中。

第二个吸收率不同的问题是由于食物的几何形状和成分不同,这是厨师要解决的问题。厨师可以安排食物,使其均匀地吸收能量,并应测试和避免食物容易过热的部分。对于导热系数低且介电常数随温度升高而升高的材料,微波加热可能导致局部热失控。在特定条件下,玻璃表现出一定程度的热失控,达到熔化的程度。

安全特性

所有的微波炉都有定时器,当食物准备好时提醒用户并关闭设备。从微波炉中取出的炊具和食物温度仅略高于212华氏度。

微波炉本身加热而不发热,因此它们比大多数可用的加热方法更安全。例如,如果你用炉子加热食物,有一个危险的加热元件会在炉子上停留一段时间。

从烤箱中取出的炊具和食物很少超过100摄氏度。微波炉里的炊具比普通烤箱里的炊具要凉得多,因为它对微波炉是透明的。

较低的烹饪温度比在烤箱中煎炸或烘烤更安全,因为它可以避免致癌的焦炭和焦油的形成。

谨慎

高温警告。

均匀的液体,如水,可以过热微波炉.当使用者拿着容器将其从烤箱中取出,以便添加糖或水等其他成分时,这种液体会爆炸沸腾。这可能会导致突然沸腾,足以将沸腾的液体从容器中移出,从而导致烫伤。

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