Question

家用微波爐是一種利用微波的電磁能加熱食物的新型灶具，主要由磁控管、波導(dǎo)管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、外殼組成.接通電源后，220 V交流電經(jīng)一變壓器，一方面在次級(jí)產(chǎn)生3.4 V交流對(duì)磁控管加熱，同時(shí)在次級(jí)產(chǎn)生2 000 V高壓經(jīng)整流加到磁控管的陰、陽(yáng)兩極之間，使磁控管產(chǎn)生頻率為2 450 MHz的微波，微波輸送至金屬制成的加熱器(爐腔)，被來(lái)回反射，微波的電磁作用使食物分子高頻地運(yùn)動(dòng)而內(nèi)外同時(shí)生熱，迅速熟透，并能最大限度地保存食物中的維生素.

(1)試計(jì)算微波爐變壓器的高壓變壓比；

(2)微波爐產(chǎn)生的高頻微波若發(fā)生泄漏會(huì)造成電磁輻射污染，直接傷害人的肌體，試說(shuō)明其中的原因；

(3)正常工作時(shí)微波爐的爐門對(duì)微波起著很好的反射和屏蔽作用，開(kāi)門前務(wù)必先讓微波發(fā)生電路停止工作.為了方便微波爐的操作，需要設(shè)計(jì)一保護(hù)開(kāi)關(guān)，它能在爐門被打開(kāi)前自動(dòng)斷電.為了防止微波大量泄漏，該開(kāi)關(guān)必須保證在爐門被打開(kāi)之前的一定時(shí)間內(nèi)完成斷電動(dòng)作，這一時(shí)間稱為保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的時(shí)間提前量Δt.假設(shè)微波在食品以及在空氣中的速度都差不多，微波爐爐腔對(duì)角線約50 cm.且微波束每次穿過(guò)爐中食品僅被吸收1/1 000，若要求爐門打開(kāi)時(shí)爐內(nèi)微波強(qiáng)度至少應(yīng)衰減到正常工作時(shí)的百萬(wàn)分之一，請(qǐng)估算保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的時(shí)間提前量Δt的數(shù)量級(jí)，并根據(jù)估算結(jié)果發(fā)表討論.(lg0.999=-4.345×10^-4)

Answer 1

(1)100/11  (2)微波能對(duì)人體組織內(nèi)外加熱而受傷  (3)2.3×10^-5 s

解析:

(1)由變壓器規(guī)律可知：.

(2)微波對(duì)人體內(nèi)外同時(shí)發(fā)生“加熱”作用，如同對(duì)食物加熱一樣，使人的肌體組織受到破壞.

(3)①設(shè)要使微波強(qiáng)度減為正常工作時(shí)的百萬(wàn)分之一，微波束要穿過(guò)食品n次，由題意，微波束每次穿過(guò)爐中食品僅被吸收1/1 000，則微波束第一次穿過(guò)食品時(shí)，強(qiáng)度將減為原來(lái)的1-=999/1 000；微波束第二次穿過(guò)食品時(shí)，強(qiáng)度將減為原來(lái)的(1-)²=()²……依此類推，第n次穿過(guò)食品時(shí)，微波強(qiáng)度減為原來(lái)的()ⁿ，則()ⁿ=10^-6得n≈1.4×10⁴.

    微波爐爐腔對(duì)角線長(zhǎng)50 cm，即微波每經(jīng)過(guò)0.5 m就要穿過(guò)食品一次，這樣要使微波衰減達(dá)到要求，它總共要走過(guò)的路程：

    s=1.4×10⁴×0.5 m=7.0×10³ m.

    所以微波要衰減到要求值，必須經(jīng)過(guò)=2.3×10^-5 s

這就是說(shuō)保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的時(shí)間提前量Δt大約是2.3×10^-5 s.