WIFI和微波炉都工作在2.4GHz,为什么微波炉能加热而WiFi不行?

  • 2017-01-04
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1.
其实你这两点,归结到一起就是一个能流密度的问题,与工作频率关系不大。
不管是WIFI和微波炉,还是我们平时肉眼所见的五光十色,都属于电磁波。
之前说的2.4G就是指电磁波的频率。

频率等于波速与波长的比,对于电磁辐射来说,就是光速c与波长之比。
2.4G的频率,在空气中相当于波长12.5厘米。

而能流密度,指的是一定空间范围内,单位面积的能量值。
具体计算的话等于能量值除以面积。

2.

由于Wi-Fi设备的发射装置很小,可以近似看做点光源(辐射源)。
因此若不考虑空气中的衰减,在与设备距离为d点处,能流密度可以表示为d的函数:

可以看出,能流密度与距离的二次方成反比。
这也比较符合我们的常识,离发射器越近,信号就越好。如果你要是蹭人家的网,那距离一远,若是再加上中间有障碍物的阻隔,那信号简直不能忍。

国内厂商生产的无线Wi-Fi设备发射点(无线AP,无线路由器)的功率也在25-100毫瓦之间。绝大多数是低于50毫瓦的[1]。

因此可以算得,在距离发射器两米的位置,信号强度为

这还是在不考虑能量转化损失和效率的前提之下。
这一点点微小的工作,造成的温度上升,我们一般感受不到。

3.
日常见到的微波炉,内部是金属隔层,其目的就是防止微波外泄,并通过反射,使得尽可能多的能量传到食物上。

微波炉效率应不小于58%[2].

而一般家用微波炉的加热效率能达到90%左右。
因此一台1000W功率的微波炉,产生热能的功率约在900W左右。

但注意到微波炉这个密闭空间是具有反射性的,因此那90%的效率是指实际食物所受到的辐射。
如果微波炉里面是一个直径20厘米的饼(饼有两面且厚度忽略),则其受到的辐射强度为:

大概相当于Wi-Fi设备的一千四百万倍。

4.
如果对这个数字没有概念,可以参考一下太阳。
众所周知,太阳是我们生活的能量来源,因此就有了下面的这句话:

太阳光射在地面上,也只有200W·m^-2[3],如图所示,这是一位教授做的报告里说的。

微波炉是它的71.5倍,因此我们可以站在太阳底下接受精神上的洗礼顶多觉得晒,而不会像微波炉烤薄饼,一分钟就熟了。
此外,我们也会向外部辐射热量,这不至于使得我们体温过高。
当然,太阳有一个就够,要是像金家那样三日凌空,就恐怕就要进入“脱水——浸泡”的死循环了。

5.
如果硬要是想让Wifi发射器达到能够加热的程度,可以做三件事:

A.增加功率
按照之前的计算,当Wifi发射器达到715000W的时候,距离其两米处的能流密度就相当于微波炉烤饼。
一般移动运营商的GSM基站,发射功率在20W左右,因此这个发射器相当于35750个基站码放在一个点上所产生的电磁辐射。
先不说成本问题,你这个发射器一旦运行起来,小半个县城都得被搞停电。
这种做法,铁定是要被搞个大新闻上头条的。

B.加装反射面。
此举相当于把发射器放在雷达上,雷达的特点就是会聚作用,使得辐射面积增加量小,单位面积上的能量衰减的小,进而能把电磁波发射到很远的距离。
这种设想也并不是天方夜谭,科幻作品中也有这种利用大功率雷达来打飞机和卫星的说法,正所谓“虽远必诛”。
假设雷达反射面直径为1m,反射后近似看做是平行光(辐射波),则想要达到微波炉的能流密度,需要45000W的能量,比之前的要小了很多。
相当于2250个基站,多了一面雷达,省下3万个基站,不可谓不划算。

C.远程控制。
如果你还是嫌麻烦,那这个办法是最靠谱的。
你买一个Wifi控制模块,把它加装在微波炉里。
然后就可以通过Wifi发射器来远程操控微波炉,进行加热了。
相比之前的两条,这个选择还是比较经济实惠的。

参考资料:
[1]无线上网卡和Wi-Fi无线热点的发射功率分别是多少呢?_unikran_新浪博客
[2]《环境标志产品技术要求》家用微波炉HJ/T221-2005
[3]《能源发展趋势及主要节能措施》,上海交通大学学报,1989年第23卷第3期

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偷偷告诉你,这还毛都没有 T T

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