微波加熱的原理及其發(fā)展狀況

微波加熱原理

    根據物理理論可知，介質(zhì)分子可分為有極分子和無(wú)極分子兩大類(lèi)．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(gè)電偶極子．在外電場(chǎng)的作用下，使原來(lái)雜亂無(wú)章的有極分子沿著(zhù)外電場(chǎng)的方向轉向，產(chǎn)生轉向極化（無(wú)極分子的正、負電荷中心重合，在外電場(chǎng)的作用下使分子中的正負電荷中心沿電場(chǎng)方向只產(chǎn)生位移極化）。如果外電場(chǎng)是交變的，那末有極分子的轉向也要隨電場(chǎng)的變化而不斷改變方向。在這個(gè)過(guò)程中，由于分子間的相互碰撞，將使電能轉化為分子的動(dòng)能，然后再轉化為熱能，使物體的溫度升高。由此可見(jiàn)，對于有極分子組成的物體（如被烹調的食物），交變電場(chǎng)就容易對它進(jìn)行加熱。

    表征介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下極化程度的物理量叫介電常數（在交變電場(chǎng)作用下，介質(zhì)的介電常數是復數，虛數部分反映了介質(zhì)的損耗）。實(shí)際上，介電常數并不是一個(gè)不變的數，在不同的條件下，其介電常數也不相同。例如水在微波條件下的介電常數和損耗比一般物質(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)內部，并在內部逐漸被介質(zhì)吸收而轉變?yōu)闊崮?，其穿透深度主要決定于介質(zhì)的介電常數和電磁波的頻率。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，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(kāi)始微波能應用研究工作，于1973年開(kāi)始微波加熱應用技術(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(kāi)了“全國微波能推廣應用技術(shù)交流會(huì )”，交流微波學(xué)術(shù)及應用技術(shù)問(wèn)題。1981年3月經(jīng)四機部批準，抽調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用站，負責全國微波能推廣應用的組織、設計研究工作。1983年10月中國電子學(xué)會(huì )召開(kāi)了首屆“全國微波能應用學(xué)術(shù)交流會(huì )”。此后每二年在全國選擇推廣應用好的地區輪流舉辦微波應用技術(shù)交流，以推動(dòng)國內微波事業(yè)的發(fā)展。每屆均有論文集出版，涉及工業(yè)、農業(yè)、醫藥、科研等方面的應用領(lǐng)域。

微波發(fā)展狀況

    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)改造和設備更新已形成極大地沖擊。特別是現階段，擺在各經(jīng)營(yíng)者面前的是解決產(chǎn)品結構與社會(huì )需求的問(wèn)題，適應社會(huì )發(fā)展對產(chǎn)品品質(zhì)、品種要求的提高。其焦點(diǎn)之一就是技術(shù)創(chuàng )新不足、品質(zhì)升級滯后。微波技術(shù)的出現為提高產(chǎn)品檔次、跟上技術(shù)進(jìn)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(jìn)行膨化、烘干、脫腥和殺菌保鮮處理。目前已用于糕點(diǎn)、牛肉干、土豆片、魚(yú)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(jìn)行均勻、快速烘干，干燥只需十幾分鐘，且不開(kāi)裂、變形小，同時(shí)殺死木材內部的卵蟲(chóng)和幼蟲(chóng)；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(xiàn)作為輻射加熱器，利用程序控制對大型輪胎進(jìn)行旋轉掃描，其優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻、硫化時(shí)間縮短三分之一。

    4、殺蟲(chóng)滅菌

    用微波可在較低溫度下滅菌殺蟲(chóng)。處理食品、藥品、煙草、木材等。在70～80℃時(shí)就能起到殺蟲(chóng)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，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，進(jìn)行脫硫。而煤不受影響。理想的方法是以持續時(shí)間為0.1秒的脈沖波進(jìn)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)

    半導體生產(chǎn)工藝中已經(jīng)采用微波等離子體技術(shù)，進(jìn)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、醫療

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

    8、測量

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

    9、陶瓷燒結

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