從爆米花到微波爐

黃德揆

玉米種子炸成的“爆米花”，在科學(xué)史上也曾風(fēng)光一時(shí)！因?yàn)椤氨谆ā爆F(xiàn)象使人認(rèn)識(shí)到微波的“熱效應(yīng)”，使雷達(dá)和微波爐“有緣千里能相會(huì)”，攀上了親。擔(dān)任主角的正是波長(zhǎng)在1～0.001米之間的微波。

在第二次世界大戰(zhàn)初期，人們對(duì)微波的了解甚微，只知道微波脈沖變化快，可用于探測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)人發(fā)明了雷達(dá)，但是雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展提高卻歸功于美國(guó)人。1945年的一天，正在測(cè)試?yán)走_(dá)的美國(guó)工程師珀西-斯潘塞，感覺有點(diǎn)餓，便隨手從衣袋里掏出幾塊巧克力，沒想到它們?nèi)诨恕ｇ晡?斯潘塞挺納悶：天氣頗為涼爽，身邊沒有熱源，巧克力如何融化了呢？下班后，細(xì)心的珀西-斯潘塞到附近的玉米地里掰了些玉米種子，隨手撒在車間的“雷達(dá)”旁邊。第二天早晨，撒在雷達(dá)旁的玉米，變成了一顆顆綻放的“爆米花”。玉米“開花”，讓珀西-斯潘塞陷入興奮和沉思。他開始尋找原因，最終發(fā)現(xiàn)頻率極高的微波，除了具有探測(cè)高速運(yùn)動(dòng)物體的本領(lǐng)外，還具有鮮為人知的、強(qiáng)大的“熱效應(yīng)”！任何物品，包括看起來很干燥的食品內(nèi)，都含有大量水分子。而水分子吸收微波后，立即產(chǎn)生高頻振動(dòng)和劇烈摩擦，溫度迅速升高。玉米種子正是在微波“強(qiáng)熱效應(yīng)”作用下變成爆米花的。

斯潘塞的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生了很大的轟動(dòng)效應(yīng)。同年底，企業(yè)界研制出用微波烹飪的高效電爐——微波爐，當(dāng)時(shí)這種稀少而珍貴的加熱爐，只在醫(yī)院等特別需要的單位使用，現(xiàn)在它差不多已普及到我們每個(gè)家庭。今天，微波除了在通訊領(lǐng)域大有作為外，它在食品加工、能源、醫(yī)療及軍事領(lǐng)域中也不斷露崢嶸，令人刮目相看。而這些成就的取得，不都是從“爆米花”現(xiàn)象開始的嗎？

微波的“熱效應(yīng)”給航天設(shè)計(jì)師以極大啟發(fā)。現(xiàn)在，他們正在設(shè)計(jì)一些以微波為動(dòng)力的推進(jìn)器，作為未來航天器的動(dòng)力源。其中，美國(guó)科學(xué)家米歇爾-米西發(fā)明的、功率僅80瓦的微波推進(jìn)器最引人矚目。它的馬力不大，推力卻是相同功率火箭的3～5倍。這表明微波操縱衛(wèi)星，行動(dòng)時(shí)速度更快！

為充分利用太陽能，以解決日益困擾人類的能源匱乏問題，有科學(xué)家提出在太空建太陽能發(fā)電站！科學(xué)家想通過微波發(fā)生器，把太空電站產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)變成微波，再由微波天線聚集成微波束發(fā)射回地球。微波束抵達(dá)地面后，再還原成交流電并入電網(wǎng)。當(dāng)然，利用微波傳輸太空電能，還有一些技術(shù)問題需要解決。

由于高空氣溫低，空氣中又存在水蒸氣。所以飛行員在高空飛行時(shí)，最擔(dān)心蒙皮區(qū)結(jié)冰。受微波“熱效應(yīng)”啟發(fā)，德國(guó)一家公司提出微波除冰技術(shù)。為此，他們?cè)陲w機(jī)極易結(jié)冰的蒙皮區(qū)刻出狹縫，在狹縫中填充可讓微波穿透的材料。這樣做以后，飛行員一旦發(fā)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象，可立即啟動(dòng)微波發(fā)射機(jī)，讓微波穿過狹縫、直射冰層，使冰迅速融化，破冰過程和微波爐解凍食品一樣快捷。

利用微波“熱效應(yīng)”，進(jìn)行治病救人的技術(shù)發(fā)展迅速，特別是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致慢性前列腺炎、陰道炎的支原體、衣原體耐寒不耐熱的特點(diǎn)后，曾多次嘗試用微波輻射法對(duì)病灶進(jìn)行治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波被病灶吸收后，能引起病灶內(nèi)部組織發(fā)熱與充血，從而起到加強(qiáng)代謝過程，改善局部組織的營(yíng)養(yǎng)，提高組織再生能力的效果。微波還有一大優(yōu)點(diǎn)，它在殺滅人體內(nèi)潛伏的病原體，使炎癥消退時(shí)，并不損害人體的正常組織。

2002年，美英聯(lián)軍進(jìn)攻伊拉克時(shí)使用的“微波炸彈”，因?yàn)槟墚a(chǎn)生數(shù)千伏特的微波脈沖，所以能給暴露在空氣中的電腦芯片、電極以毀滅性打擊。從原理上講，微波炸彈的作用和微波爐并無二致，都是利用微波脈沖，將微波落點(diǎn)周圍的電腦芯片等電子元件“烤焦”或“擊穿”。

從調(diào)試?yán)走_(dá)，偶爾發(fā)現(xiàn)玉米種子變成爆米花現(xiàn)象，到揭示微波的“熱效應(yīng)”，已經(jīng)過幾十年了。今天我們對(duì)微波的了解，已非昔日可比。這正是利用微波加熱的新技術(shù)、新產(chǎn)品一直層出不窮的重要原因。

【責(zé)任編輯】李金