從戰場到廚房——讓現代人又愛又怕的微波爐

文/呂怡貞
審稿/台灣大學電機工程學系教授 吳瑞北

巧克力和雷達讓微波爐「發光發熱」?為什麼金屬不能放進金屬做的微波爐?太靠近微波爐身體會不會被烤焦?微波食物含有輻射嗎?只要了解微波爐的科學原理與正確使用方式,聰明現代人大可放心享受高科技帶來的便利!

1922年無線電之父馬可尼(Guglielmo Marconi)提出,可發射無線電波而憑反射波探測船隻。這就是雷達的構想,來自於蝙蝠與海豚使用聲納的原理,只是將音波改為電磁波,將電磁波以定向方式發射到空間中,藉由偵測空間內物體的反射波,計算出物體的距離、速度、方向與形狀。

易於傳導電磁波的物體也易於反射電磁波,因此金屬和其他導電物質都有絕佳的反射性,這使得雷達成為探測飛機船艦非常好用的工具。二次大戰期間,英國亟需改良與發展雷達技術,以搜尋德國轟炸機。為了取代易被阻擋的無線電波,藍道爾(John Randall)與布特(H.A. Boot)在1939年發明了可產生微波的磁控管(magnetron)裝置,這個為戰爭而誕生的磁控管,成為日後微波爐最重要的元件。

磁控管的構造是,在超過4000伏特的高壓下讓電子從加熱的陰極射出,但沒有直飛向陽極,而是在巧妙安排的磁場中不停旋轉,旋轉時再通過精密安排的金屬片,金屬片便會以特定的頻率與之共振。這樣的電磁共振再傳送到小型天線上,就可發出高功率的微波。

英國政府同時也尋求美國協助發展雷達。1946年美國雷神公司工程師史賓塞(Percy L. Spencer)在測試磁控管時,發現口袋裡的巧克力融化了,但當時天氣並不炎熱,好奇的他立即想到是否也可用同樣方式做出爆米花?於是頑皮地用磁控管的微波將一袋玉米粒爆開。他再試了帶殼的生雞蛋,結果雞蛋被煮熟且爆裂開。

經過進一步研究,雷神公司在1947年推出了第一台在市面上販售的微波爐,稱為「雷達電爐」,這台怪機器巨大且沉重(300公斤),又必須以水冷卻,價格高達數千美元,但烹調容積卻很小,想當然爾銷路不佳。1960年代,家用微波爐迅速發展,1962年和1967年,日本早川公司和美國雷神公司分別成功製造並推出小型家用微波爐。至今,微波爐已成為一般家庭必備爐具。

既依賴又怕受傷害─微波爐的使用注意與迷思

即使微波爐在現今家庭的廚房已不可或缺,但大多數人對於安全的操作方式仍一知半解。使用微波爐時首先要知道,放進微波爐的東西到底能不能安然地讓微波作用。當微波傳遞抵達物質時,物質對微波的反應分為穿透、反射、吸收三種。微波可穿透玻璃、陶瓷、塑膠而不被吸收,含水或脂肪的食物則會吸收微波能量並發熱。

至於金屬物體,包括鐵、鋁、不鏽鋼、錫箔紙,甚至有金屬鑲邊的瓷碗,都不可放進微波爐裡,除了因為金屬會隔絕與反射大部份的微波、使食物無法加熱,更嚴重的是金屬導電性佳,當接受微波照射,金屬的邊緣與尖端(如盤緣、湯匙叉子、釘書針、容器因損壞造成的尖角等)或金屬與金屬相接近處(如餐具交疊、鋁箔紙對折、凹凸處、或金屬太靠近爐壁等),會累積過多電荷而產生很高的電場,使周圍空氣游離裂解而導電,進而產生火花,火星四射下若產生火焰,在密閉爐內甚至會爆炸!(註1

同時微波加熱會使水變成蒸汽,急速膨脹的氣體讓內部壓力急遽升高,密閉物體如整顆帶殼雞蛋、帶皮水果、食品外覆包裝袋、加蓋閉合或密封式的餐盒等,都不適合放入微波爐加熱,有爆炸之虞。

另外,加熱液體時(如煮水、煮湯等),水不要放太滿,否則水滾時會四濺亂噴(不至於爆炸);同時也要注意「過熱」(super heat)可能造成突沸現象註2),例如熱咖啡從微波爐拿出時,溫度可能已高過水的沸點,這時如果加上糖或奶精,產生的一些微小氣泡,會造成水再次沸騰而朝四周爆開,不慎可能會導致燙傷。解決之道是避免加熱時間過長(註3),或者,可在煮水前先行攪拌或稍微搖晃容器,目的是先在溶液內增加氣泡,讓超過沸點的水可先藉氣泡沸騰而煮開,或是在容器內放置木製攪拌棒或木製湯匙以助熱能釋放,都可避免突沸的發生

有人擔心微波輻射會「污染」食物,甚至「腐蝕腸胃」。其實,微波加熱只是將「電能」轉變為「熱能」的一個過程,微波本身並不會「殘留」在食物中。但要注意容器的材質,陶瓷和純玻璃的容器較適合微波,如使用其他材質,應注意是否能耐熱120℃以上。有些器皿含有塑化劑、色素、耐光或抗氧化物等各種添加物,例如塑膠餐具或保鮮膜,在高溫下可能會釋放出有毒物質,建議盡量少用來微波。此外,高溫易使食物營養素流失與變質,而微波的快速加熱,容易讓使用者疏忽加熱時間過長,導致食物過度加熱。

至於微波是否可能從爐中逸出而危害人體?其實只要讓身體與微波爐距離50公分以上,並且不要直視微波爐內,避免眼球水晶體受熱振盪,就不容易造成危害。現在市售的微波爐爐體均有平滑金屬壁,門上也有金屬網窗,網目尺寸比微波波長12公分小很多,因此能有效將微波限制在爐內而不外洩,使用者毋須擔心。

微波爐的方便人人皆知,有些人對於微波爐的安全性尚有許多疑慮,其實只要按照指示與建議正確使用,注意機器不老舊壞損、定期檢修,就能安全享受微波帶來的便利生活。

註1:如果發生火花,要趕緊停止微波並關掉電源,必要時使用滅火器!

註2:液體溫度已到達沸點,卻沒有沸騰,看似靜如止水,但當突然有外在因素介入(如搖晃、攪拌或突然加入其他物體),改變其平衡狀態,水會瞬間汽化,立即產生劇烈沸騰而使滾燙的溶液爆開四濺。

註3:建議微波爐用來加熱食物,而盡量避免煮熟或煮沸食物。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2011年第116期10月號】

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