介質的特性對加熱的影響

介質的特性對加熱的影響

    物質吸收微波的能力，主要由介電常數和介質損耗角正切來決定。介電常數是介質“阻止”微波能通過的能力的量 度，介質損耗角正切是介質耗散微波能量的“效率”。在有關手冊中可查出不同物質的介質損耗和介電常數。介質吸收的 功率與電源的頻率和電場強度成正比。為了提高介質吸收功 率的能力，可以提高電場強度或提高工作頻率。但是電場強 度的提高有一定的限度，否則，電極間將會出現擊穿現象。將 工作頻率提高到微波波段，則可以很好地解決這一問題。

由此可見，物料在微波場中，其單位體積的熱能轉換取 決于微波電場強度的平方、頻率以及物料的介電特性（介電 常數和介質損耗）等因素。

對于同一種介質來說，不同的狀態下也有著不等的I和 4沒值。以水為例，2 450\1只2的微波輻射對水的加熱效果較 好，但是它對不同狀態下的水的加熱效果是不同的：冰的介 電常數為32，介電損耗為0.001；水的介電常數約為80，介 質損耗為0.2左右。所以，在用微波加熱冰凍物品時，如果 不把融化的水隨時排出走，則由于水的介電常數及介質損耗 都比冰大得多，最后可能是水吸收走了主要的熱量，而冰凍 物品卻得不到所需的加熱。水的^和值比一般的介質要 大，因此，在一般情況下，加工物料的含水量愈大，其介質 耗能也越大。當介質溫度上升時，其介質損耗反而下降，這 時.就將出現所謂的自動平衡。微波加熱的這神自動平衡作 用使物料的加熱更為均勻，同時也避免了過熱缺陷的出現。但 是，有些物料在加熱時，其介電常數及介質損耗會隨溫度的 上升而升高，這時就將出現惡性循環。例如，某些物料在正 常含水量時會呈現出自動平衡狀態，但在其含水量低時則可 能會出現相反的情況，此時，若微波功率很大，則物料甚至 會內部燃燒，這樣，就必須降低功率，以將物料過熱部位的 熱量通過傳導及水分蒸發來帶走，以達到溫度的平衡；或者 將物料的厚度減小，以改善其散熱條件。因此，在烘干某一 物料時，并不能從單純加大微波功率或提高其微波頻率來獲 得愈來愈短的作用時間，而是要根據物料的性質及加工工藝 特點來選定功率、頻率及最佳的作用時間。

此外，某些物料所含有的水分不同程度地被束縛在其物質結構中。如果這些水是很緊密地被束縛在物料的分子結構 中，似乎像固體而不像液態那樣容易受外界電場的作用而運 動，那么其用微波加熱的效果不佳。例如：結晶硫酸銅，雖 然本身含有大量的結晶水，但它在微波下卻很難進行加熱。但 是含有10個結晶水的碳酸鈉或含有5個結晶水的醋酸鈉，由 于物料本身介質損耗較大，它們在微波場中仍能吸收能量而 發熱。當其結晶水一旦被微波激活成為自由狀態的水，就會 大量吸收微波并迅速蒸發。硅膠、三氧化二鋁等物料，有吸 附水的特性，它們在微波作用下，也可以得到很好的加熱效 果。

物料的密度不同時，其介質損耗值也不同。例如，不同 密度的煙葉的介電常數4與密度的關系：當煙葉密度從 1504/爪3提高到2501^/爪3時，其介電常數(在2 4501^1出 時）將增大4倍。因此，微波的加熱持性除與物料的介電特 性以及微波工作頻率有關外，還需注意物料本身密度的變化， 包括物料的纖維方向（例如木料的紋理）的影響。被磨成粉 狀的物料由于其本身含有大量的空隙，所以其介電常數及介 質損耗都比經過壓緊的密實物料為小。例如，各種不同水分^ 含量的磨碎的土豆粉，其介電常數、介質損耗要比相同水分 含量的土豆片大得多，因為土豆片密度比土豆粉低。也就是 說，土豆片中存在有許多空隙，空隙中充滿了空氣，而空氣 的介電常數是很低的。在實際生產中，空氣就是完全的微波 透過體，因而，空氣的存在將減小物料的介電常數。物料的 密度增加，介電常數也常以近乎線性的關系增加。很疏松的 物料如面包團，因含有空氣而成了較好的絕熱體。在焙烤過 程中，面包團的密度進一步降低，絕熱性也就更強。這樣，要 使熱量傳遞到物料的內部也就十分困難而緩慢。但面包在微波設備中加熱時，由干微波的穿透作用，可以使烘烤面包的 時間大為縮短，僅需常用烘烤法所需時間的1/3。

另外.物料的密度也并不是各處都均勻一致的，如帶骨 的家禽和牛排等。由于骨頭對微波的吸收及對微波的反射作 用，使得在骨頭附近存在一個溫度異常帶。當整雞已經烤好 而結束加熱后，骨頭附近的肉可能還是夾生的，不能食用或 已過爛，產生脫骨現象，這就需要采用間斷加熱方法來解決 此問題。

當微波能進入樣品時，樣品的介質損耗決定了樣品吸收 能量的速率。吸收微波能的物質.在限定條件下，其介質損 耗是一個確定值。樣品的介質損耗越大，給定頻率的微波能 穿透能力越小。