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微波與材料的相互作用

2013-11-27
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微波與材料的相互作用

    當微波在傳輸過程中遇到不同材料時,會產(chǎn)生反射、吸 收和穿透現(xiàn)象。這些作用和其程度、效果取決于材料本身的幾個主要的固 有特性:介電常數(shù)“)、介質(zhì) 損耗角正切(化^簡稱介質(zhì)損 耗〉、比熱、形狀、含水量的 大小等。

    1-常用材料

在微波加工系統(tǒng)中,常用的材料有導體、絕緣體、介質(zhì)、 極性和磁性化合物幾類。

   (1)導體一定厚度以上的導體,如銅、銀、鋁之類的 金屬,能夠反射微波,因此在微波系統(tǒng)中,常利用導體反射微波的這種特殊的形式來傳播微波能量.例如微波裝置中常 用的波學管,就是矩形或圓形的金屬管,通常由鋁或黃銅制 成。它們像光纖傳導光線一樣,是微波的通路。

(2)絕緣體在微波系統(tǒng)中,絕緣體有其完全不同于普 通電路中的地位。絕緣體可透過微波,并且它吸收的微波功 率很小。微波和絕緣體相互間的影響,就像光線和玻璃的關 系一樣,玻璃使光線部分地反射,怛大部分則透過,只有很 少部分被吸收。在微波系統(tǒng)中,根據(jù)不同情況使用著玻璃、陶 瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料之類的絕緣體,它們常作為反 應器的材料。由于這種“透明”特性,在微波工程中也常用 絕緣體材料來防止污物進入某些要害部位,這時的絕緣體就 成為有效的屏障。

(3)介質(zhì) 對微波而言,介質(zhì)具有吸收、穿透和反射的 性能。介質(zhì)通常就是被加工的物料,它們不同程度地吸收微 波的能量,這類物料也稱為有耗介質(zhì)。特別是含水和含脂肪 昀食品,它們不同程度地吸收微波能量并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?/p>

  (4)極性和磁性化合物這類材料的一般性能非常像介 質(zhì)材料,也反射、吸收和穿透微波。應當指出,由于微波能 量具有能對介質(zhì)材料和有極性、磁性的材料產(chǎn)生影響的電場 和磁場,因此許多極性化合物、磁性材料同介質(zhì)材料一樣,也 易于作微波加工材料。

2.微波對介質(zhì)的穿透性質(zhì)

微波進入物料后,物料吸收微波能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?nbsp;波的場強和功率就不斷地被衰減,即微波透入物料后將進入 衰減狀態(tài)。不同的物料對微波能的吸收衰減能力是不同的,這 隨物料的介電特性而定。衰減狀態(tài)決定著微波對介質(zhì)的穿透 能力。

滲透深度(穿透深度)當微波進入物料時,物料表 面的能量密度是最大的,隨著微波向物料內(nèi)部的滲透,其能 量呈指數(shù)衰減,同時微波的能量釋放給了物料。

滲透深度可表示物料對微波能的衰減能力的大小。一般 它有兩種定義:

①滲透深度為微波功率從物料表面減至表面值的1八 時的距離,用乃5表示,6為自然對數(shù)底值。

②微波功率從物料表面衰減到表面值的1/2時的距離, 即所謂半功率滲透深度0/2,,其表示式為

滲透深度隨波長的增大而變化,換言之,它與頻率有關, 頻率越高,波長越短,其穿透力也越弱^在2 4501^1^時,微 波對水的滲透深度為1. 3啦,在915^2時增加到200111;

2 450^^2時,微波在空氣中的滲透深度為12. 20111; 915^92 時為 33,001X1。

由于一般物體的X々丨?1,微波滲透深度與所使用 的波長是同一數(shù)量級的,這些結論也揭示了一個電磁場穿透 能力的物理特性。由此可知,目前遠紅外線加熱常用的波長 僅為十幾個納米,因此,與紅外、遠紅外線加熱相比,微波 對介質(zhì)材料的穿透能力要強得爹。

穿透能力差的加熱方式,對物料只能進行表層加熱,從整個物料的加熱情況來看,屬熱傳導加熱范疇。而微波依靠 其穿透能力較強的特點,能深入物料內(nèi)部加熱,使物料表里 幾乎同時吸熱升溫形成體熱狀態(tài)加熱,其加熱方式顯然有別 于熱傳導加熱,由此,微波加工工藝帶來一系列不同的加熱效果。

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