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微波知识
 

    微波与无线电波、红外线和可见光一样都是电磁波,所不同的就是它们的频率不同,通常所谓的微波是指频率在300兆赫至300千兆赫之间的电磁波(波长在1米与1毫米之间)。
在雷达、通讯、导航等方面,用微波传递信息是大家所熟悉的,而采用它作为一种加热物体(介质),大家可能有些陌生。微波加热是近几十年来发展的一门新技术。在我国,自六十年代以来开展了微波加热技术的研究和应用工作,已取得了显著的效果,并为大规模推广微波加热技术打下了基础。下面我们将分别介绍什么叫微波加热,微波加热的机理,微波加热的优越性以及它的用途

加热均匀快速
   由于微波具有穿透到物质内部的本领,穿透的深度一般是从几毫米到几十厘米的范围,随频率不同而异。所以除了极大的物体外,微波能做到被加热的物体里外同时加热,不会出现"外焦里不熟"的夹生现象。用一般的加热方法时,首先是加热周围的环境,然后借热量的传递或通过热空气的对流,使物质的表面先热,再通过物体的热传导传到内部。而由于微波加热是物质的里外同时加热,所以就大大缩短了加热时间。由于微波加热具有这个特点,所以在工农业中应用它就能大大提高劳动生产率,提高产品产量和质量。
选择性加热
   前面我们谈到被加热物质单位体积所产生的热量与被加热物的"损耗角正切tgδ"有关。tgδ越大,吸收微波能的能力也就越强,产生的热量也就越多。各种物质的tgδ从略。0.001至0.5范围内,所以各种物质吸收微波的能力就有很大差异,使得微波对各种物质的加热具选择性.
控制及时
   大多数普通的加热系统,如热风炉,需要相当长的时间才能改变炉温,然而微波加热炉,可以在不到一秒钟的时间里,就能将微波功率调节到所需的数值,从而使物料得到合适的温度。这样就能控制方便,便于自动化和连续生产。
缩小加热设备体积,改善劳动条件
   一般工业上所用的加热和干燥设备都比较庞大,环境温度也较高,工人要在高温下操作,劳动条件差,劳动强度大。另外,由于燃料要排出烟尘等有害物质,造成环境污染。采用微波加热就避免了这些问题。微波加热设备体积较小,可以节约厂房面积。微波加热可使设备在冷态下工作,又不需要输热管道,所以环境湿度可以保持常温。又可省去燃料,且无有害物质排出。
此外,微波加热在某些应用中还能产生一些所需的物理和化学作用,例如发酵、干燥、熔化和蛋白质之类的作用,有利于生产和提高产品质量。

   所谓微波加热,就是通过一个微波发生器产生微波能,再把该微波能输送到微波加热器中,加热器中的物料受到微波的照射就发热,图1就是一个典型的微波加热系统。
                                                         
                        

微波为什么能把被照射的物料加热?简单的回答就是微波能使物质内部的分子产生极化,并引起分子间的磨擦而产生热。我们用一通俗的方法来解释介质物料被加热的机理,如图2所示的装置,在电容器两极板之间放一杯水,电容器与一电池和转换开关连接。

由于水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的,水分子中电荷可分为正、负两种,在氢原子那一端带正电,在氧原子那一端带负电,使水分子呈"极性"。这种两端带异性电的分子称之为"极性分子"。水分子为极性分子。在通常的情况下,由于分子杂乱的热运动,分子的排列是杂乱而无规则的,各种方向都有,而且在迅速变化,分子的极性互相抵消,因此水在宏观上不呈极性。如把图2中的开关合上,这时电容器的极板上就充有电荷。一个极板带正电,一个极板带负电。这时电容器的极板间就产生电场。杯中的水分子在这个外加电场的作用下,就沿着外电场的方向取向,即带正电的氢端倾向于电容器的负极板,而带负电的氧端倾向于电容器的正极板,从而使杂乱运动中的分子有一部分按电场方向规则排列,这种整齐排列的极性分子包含着外电场作功而转来的"位能"。如果我们把开关合向右方,则电容器极板上所产生的电场的方向就与前面相反,则分子的排列也随之换了一个方向。如果,我们迅速地来回扳动开关,即迅速不断地改变外电场的方向,水分子也就随之迅速地改变自己的取向而摆动不休,又因其分子的热运动和相邻分子之间的相互作用,上述分子随外电场变化而摆动的规则受到干扰和阻碍,这就产生了类似于摩擦的效应,结果一部分运动加剧,水的温度升高而达到了加热目的。这就是微波加热机理的一种通俗解释。
如果这种外加电场的变化频率越高,极性分子的摆动就越快,产生的热量也就越多,随着外电场的增强,分子摆动的振幅就越大,产生的热量也就越多。如果图2的电容极板间放的不是水,而是别的东西,那么在同样的条件下所产生的热量也就不同,这就是说物质被微波照射后所产生的热量的大小与物质的种类及其电特性有关。实验和理论都证明,在单位体积的介质内损耗的微波功率(也可以理解为单位时间内在单位体积的介质中产生的热量)Pa与电场强度E和频率f之间有下列关系:
Pa ≈tgδ·f ·E 2
其中tgδ 称为介质的"损耗角正切",是表示介质吸收电磁能量本领的一个物理量。
另外,物质中的离子传导,也能使物质生热,既物质中的离子在外电场的作用下产生运动,在它运动的过程中与物质的分子发生碰撞,这种碰撞的结果,导致物体产生热

 
                                            
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