微波加熱的原理及其發(fā)展?fàn)顩r

微波加熱原理

    根據(jù)物理理論可知，介質(zhì)分子可分為有極分子和無極分子兩大類．有極分子的正、負電荷的中心不重合，其間有一段距離，可等效為一個電偶極子．在外電場的作用下，使原來雜亂無章的有極分子沿著外電場的方向轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向極化（無極分子的正、負電荷中心重合，在外電場的作用下使分子中的正負電荷中心沿電場方向只產(chǎn)生位移極化）。如果外電場是交變的，那末有極分子的轉(zhuǎn)向也要隨電場的變化而不斷改變方向。在這個過程中，由于分子間的相互碰撞，將使電能轉(zhuǎn)化為分子的動能，然后再轉(zhuǎn)化為熱能，使物體的溫度升高。由此可見，對于有極分子組成的物體（如被烹調(diào)的食物），交變電場就容易對它進行加熱。

    表征介質(zhì)在外電場作用下極化程度的物理量叫介電常數(shù)（在交變電場作用下，介質(zhì)的介電常數(shù)是復(fù)數(shù)，虛數(shù)部分反映了介質(zhì)的損耗）。實際上，介電常數(shù)并不是一個不變的數(shù)，在不同的條件下，其介電常數(shù)也不相同。例如水在微波條件下的介電常數(shù)和損耗比一般物質(zhì)大很多，因此較容易吸收微波能量而被加熱。

    微波是一種頻率極高的電磁波，照射在理想導(dǎo)電金屬表面上將被全反射。照射在介質(zhì)表面則有一小部分被反射，而大部分能穿透到介質(zhì)內(nèi)部，并在內(nèi)部逐漸被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其穿透深度主要決定于介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的頻率。在微波頻率下對一般物體其穿透深度可達幾厘米。

    微波對生物體還有一種生物效應(yīng)，在一定條件下對細胞、細菌具有抑制和殺傷作用。

    我國在70年代開始微波能應(yīng)用研究工作，于1973年開始微波加熱應(yīng)用技術(shù)的研究和微波加熱用磁控管的研制。1974年和1980年電子工業(yè)部召開了“全國微波能推廣應(yīng)用技術(shù)交流會”，交流微波學(xué)術(shù)及應(yīng)用技術(shù)問題。1981年3月經(jīng)四機部批準(zhǔn)，抽調(diào)部屬單位的科技力量，成立了——中國電子器件工業(yè)總公司微波能推廣應(yīng)用站，負責(zé)全國微波能推廣應(yīng)用的組織、設(shè)計研究工作。1983年10月中國電子學(xué)會召開了首屆“全國微波能應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會”。此后每二年在全國選擇推廣應(yīng)用好的地區(qū)輪流舉辦微波應(yīng)用技術(shù)交流，以推動國內(nèi)微波事業(yè)的發(fā)展。每屆均有論文集出版，涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、科研等方面的應(yīng)用領(lǐng)域。

微波發(fā)展?fàn)顩r

    目前，我國已在皮革、木材、彩色印刷、食品、紙張、化工、陶瓷、藥品、煙葉、建材、橡膠以及醫(yī)療等行業(yè)逐漸采用微波技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟效益。微波能技術(shù)作為一種新的加工手段，對各行業(yè)的技術(shù)改造和設(shè)備更新已形成極大地沖擊。特別是現(xiàn)階段，擺在各經(jīng)營者面前的是解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與社會需求的問題，適應(yīng)社會發(fā)展對產(chǎn)品品質(zhì)、品種要求的提高。其焦點之一就是技術(shù)創(chuàng)新不足、品質(zhì)升級滯后。微波技術(shù)的出現(xiàn)為提高產(chǎn)品檔次、跟上技術(shù)進步、創(chuàng)高附加值產(chǎn)品提供了良好條件。

    1、食品工業(yè)

    民以食為天，食品工業(yè)是我國迅速崛起的支柱產(chǎn)業(yè)。利用微波可對食品進行膨化、烘干、脫腥和殺菌保鮮處理。目前已用于糕點、牛肉干、土豆片、魚片干、鹽水鴨、腰果、花生米、瓜子、大豆等方面的生產(chǎn)中。

    2、木材加工

    微波可對1-6公分厚的木板進行均勻、快速烘干，干燥只需十幾分鐘，且不開裂、變形小，同時殺死木材內(nèi)部的卵蟲和幼蟲；也可對膠合板或拼板膠接的固化處理；竹制品干燥、滅霉殺菌。

    3、橡膠工業(yè)

    日本用2450MHz、5～10kW微波加熱設(shè)備對輪胎作一次加熱，升溫到硫化溫度后用熱風(fēng)保溫，可硫化3～4 噸重量的輪胎；美國采用915MHz、50kW喇叭天線作為輻射加熱器，利用程序控制對大型輪胎進行旋轉(zhuǎn)掃描，其優(yōu)點是加熱均勻、硫化時間縮短三分之一。

    4、殺蟲滅菌

    用微波可在較低溫度下滅菌殺蟲。處理食品、藥品、煙草、木材等。在70～80℃時就能起到殺蟲滅菌作用。且升溫速度快，不受物料厚度、形狀影響。

    5、脫硫

    原煤中的硫以黃鐵礦形式出現(xiàn)，黃鐵礦比煤有更高的損耗角正切，因此利用微波可使黃鐵礦得到選擇性加熱與氣體發(fā)生反應(yīng)，進行脫硫。而煤不受影響。理想的方法是以持續(xù)時間為0.1秒的脈沖波進行間歇式加熱，將黃鐵礦石加熱到約650℃的高溫。這種方法去硫效果好，不需昂貴的催化劑，節(jié)省資金，能源效率高，環(huán)境污染小。

    6、微波等離子體技術(shù)

    半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中已經(jīng)采用微波等離子體技術(shù)，進行刻蝕、濺射、氣相沉積、氧化硅片；還可用于金屬、合金、非金屬的表面處理；用于等離子體光譜分析，可檢測十幾種元素。

    7、醫(yī)療

    微波生物效應(yīng)分熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。其熱效應(yīng)在醫(yī)療方面可進行微波理療、配合放療和化療進行透熱治癌；另外還可以利用微波加熱血漿、解凍冷藏器官；還可設(shè)計微波手術(shù)刀，開刀止血快、出血量少。

    8、測量

    微波測量精度高，適宜于生產(chǎn)中連續(xù)測量和自動控制。已廣泛用于測距、測溫、測厚、測速等方面。

    9、陶瓷燒結(jié)

    微波可進行陶瓷的均勻致密化燒結(jié)，最高溫度可達2000℃，獲得大尺寸的精細陶瓷。