微波炉的核心元器件是磁控管(这是半导体时代为数不多的广泛使用的电子管),家用微波炉的工作频率是2.4G(和wifi的频率很接近,工业微波炉一般的980MHz,要低很多),波长大约10厘米,微波炉加热的原理是磁控管发出电磁波,在微波炉内的金属腔内被反复反射,如果电磁波在传输途径上遇到极性分子,那么电磁波会损失一部分能量用于极性分子的极化,不过极化的单次能量损失并不大,也不会产生太强的物理化学效应,否则你也会被wifi搞出问题。
微波炉的机制是在一个反射率极高的封闭金属腔体内,那么由于光速极高导致多次反射,电磁波会在能量损失完之前,会无数次的通过被加热的极性分子。通过的次数与通过极性分子的能量损耗率相关,也就是说被加热的物体越大,越容易被极化,那么电磁波通过的次数越少,也约接近于正常的微波加热。
不过在能量损耗率极低的情况下(例如微波炉空转),电磁波在微波炉的反射次数就与金属腔体的反射率及磁控管本身的吸收率相关,由于来回反射的次数会非常大,那么电磁波的叠加,电场强度会指数级增大,直到击穿空气(这就是微波炉的打火,或者说产生电弧的现象),或者微波炉壁的金属板感应出大电流发热,或者磁控管损坏为止,总之需要将能量消耗掉。不过现代微波炉都有保护电路,探测到磁控管或者炉壁温度异常升高就会自动切断电源,避免器件损坏。
以上说了这么多,其实就是说明由于反射和密闭金属腔体,微波炉的能量直接作用于被加热物质上,基本上被加热的物体形状与大小无关(有一个下限,蚊子大小是不是下限需要计算一下),放的东西越小,加热速度越快,这与传统的加热方式(例如火焰)完全不一样。
回到蚊子的问题上,一只蚊子的典型重量是2毫克,是由水分和蛋白质等极性分子构成,把蚊子加热到100度大约需要1焦耳的能量,而微波炉的典型功率是900W,也就是说在1-2毫秒内蚊子就该熟了(这里没有仔细考虑金属腔体的反射率),但在这么短的时间内水是来不及沸腾的(沸腾的过程其实很复杂),蚊子的体内的蛋白质也会同时被反复极化,理论上蚊子的体液10毫秒就到1000度,蚊子被瞬间碳化的可能性更大,然后微波炉自动保护而断电。就这个场景来说,蚊子死于体内蛋白质反复极化变性(此时体液来不及沸腾),可以说死于微波辐射效应。
不过微波炉内要有一杯牛奶,能量会大部分被牛奶吸收,蚊子也许可以活上半秒,然后被变熟,脱水,掉在微波炉底上,这就是死于加热效应。
另外一种可能是感应电弧击穿,不过这通常是高导电率物体(例如金属片或者金属丝),吸满血的蚊子会不会首先被电弧击穿需要进行实验,这就是蚊子另外的死法了!