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、波導管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統、控制系統、外殼組成.接通電源后，220 V交流電經一變壓器，一方面在次級產生3.4 V交流對磁控管加熱，同時在次級產生2 000 V高壓經整流加到磁控管的陰、陽兩極之間，使磁控管產生頻率為2 450 MHz的微波，微波輸送至金屬制成的加熱器(爐腔)，被來回反射，微波的電磁作用使食物分子高頻地運動而內外同時生熱，迅速熟透，并能最大限度地保存食物中的維生素.

(1)試計算微波爐變壓器的高壓變壓比；

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

(3)正常工作時微波爐的爐門對微波起著很好的反射和屏蔽作用，開門前務必先讓微波發生電路停止工作.為了方便微波爐的操作，需要設計一保護開關，它能在爐門被打開前自動斷電.為了防止微波大量泄漏，該開關必須保證在爐門被打開之前的一定時間內完成斷電動作，這一時間稱為保護開關動作的時間提前量Δt.假設微波在食品以及在空氣中的速度都差不多，微波爐爐腔對角線約50 cm.且微波束每次穿過爐中食品僅被吸收1/1 000，若要求爐門打開時爐內微波強度至少應衰減到正常工作時的百萬分之一，請估算保護開關動作的時間提前量Δt的數量級，并根據估算結果發表討論.(lg0.999=-4.345×10^-4)

Answer 1

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

解析:

(1)由變壓器規律可知：.

(2)微波對人體內外同時發生“加熱”作用，如同對食物加熱一樣，使人的肌體組織受到破壞.

(3)①設要使微波強度減為正常工作時的百萬分之一，微波束要穿過食品n次，由題意，微波束每次穿過爐中食品僅被吸收1/1 000，則微波束第一次穿過食品時，強度將減為原來的1-=999/1 000；微波束第二次穿過食品時，強度將減為原來的(1-)²=()²……依此類推，第n次穿過食品時，微波強度減為原來的()ⁿ，則()ⁿ=10^-6得n≈1.4×10⁴.

    微波爐爐腔對角線長50 cm，即微波每經過0.5 m就要穿過食品一次，這樣要使微波衰減達到要求，它總共要走過的路程：

    s=1.4×10⁴×0.5 m=7.0×10³ m.

    所以微波要衰減到要求值，必須經過=2.3×10^-5 s

這就是說保護開關動作的時間提前量Δt大約是2.3×10^-5 s.