微波能應用技術常見問題解答

微波能應用技術常見問題解答

問題1：微波是什么？

    答：微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300MHz-300KMHz的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。

問題2：微波是怎樣產生的？

    答：微波能通常由直流或50MHz交流電通過一特殊的器件來獲得。可以產生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產生大功率微波能量的有磁控管，多腔速調管，微波三、四極管，行波管等。在目前微波加熱領域特別是工業微波應用中使用的主要是磁控管及速調管。

問題3：微波應用的頻率有那些？

    答：因為微波應用極為廣泛，特別是通信領域，為了避免相互間的干擾，國際無線電管理委員會對頻率的劃分作了具體規定。分給工業、科學和醫學用的頻率有433兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，與通信頻率分開使用。目前國內用于工業加熱的常用頻率為915兆赫和2450兆赫。微波頻率與功率的選擇可根據被加熱材料的形狀、材質、含水率的不同而定。

問題4：微波加熱的原理是什么？

    答：介質材料由極性分子和非極性分子組成，在電磁場作用下，這些極性分子從原來的隨機分布狀態轉向依照電場的極性排列取向。而在高頻電磁場作用下，這些取向按交變電磁的頻率不斷變化，這一過程造成分子的運動和相互摩擦從而產生熱量。此時交變電場的場能轉化為介質內的熱能，使介質溫度不斷升高，這就是對微波加熱最通俗的解釋。

問題5：微波殺菌的機理是什么？

    答：微波殺菌的機理在于，細菌、成蟲與任何生物細胞一樣，是由水、蛋白質、核酸、碳水化合物、脂肪和無機物等復雜化合物構成的一種凝聚態介質。其中水是生物細胞的主要成分，含量在75～85％，因為細菌的各種生理活動都必須有水參與才能進行，而細菌的生長繁殖過程，對各種營養物的吸收是通過細胞膜質的擴散、滲透和吸附作用來完成的。在一定強度微波場的作用下，物料中的蟲類和菌體也會因分子極化馳豫，同時吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態物質，分子間的作用力加劇了微波能向熱能的能態轉化。從而使體內蛋白質同時受到無極性熱運動和極性轉動兩方面的作用，使其空間結構變化或破壞，而使蛋白質變性。蛋白質變性后，其溶解度、粘度、膨脹性、滲透性、穩定性都會發生明顯的變化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非熱效應在滅菌中起到了常規物理滅菌所沒有的特殊作用。也是造成細菌死亡的原因之一。

問題6：微波的穿透能力如何？

    答：穿透能力就是電磁波穿入到介質內部的本領，電磁波從介質的表面進入并在其內部傳播時，由于能量不斷被吸收并轉化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質表面的距離，以指數形式衰減。透射深度被定義為：材料內部功率密度為表面能量密度的1/e 或36.8% 算起的深度D，微波的加熱深度比紅外加熱大得多，因為微波的波長是紅外波長的近千倍。紅外加熱只是表面加熱，微波是深入內部加熱。

問題7：什么叫微波的選擇性加熱？

    答：不同性質的物料對微波的吸收損耗不同，即選擇性加熱的特點，這對干燥過程有利。因為水分子對微波的吸收損耗最大，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位，從而干燥速率趨一致。

問題8：微波加熱為什么稱之為內部加熱方式？

    答：常規加熱（如火焰、熱風、電熱、蒸汽等）都是利用熱傳導、對流、熱輻射將熱量首先傳遞給被加熱物的表面，再通過熱傳導逐步使中心溫度升高（即常稱的外部加熱)。它要使中心部位達到所需的溫度，需要一定的熱傳導時間，而對熱傳導率差的物體所需的時間就更長。微波加熱則屬于內部加熱方式，電磁能直接作用于介質分子轉換成熱，且透射性能使物料內外介質同時受熱，不需要熱傳導，而內部缺乏散熱條件，造成內部溫度高于外部的溫度梯度分布，形成驅動內部水分向表面滲透的蒸汽壓差，加速了水份的遷移蒸發速度。特別是對含水量在30%以下的食品，速度可數百倍的縮短，在短時間內達到均勻干燥。

問題9：各種物質對微波的吸收能力如何？

    答：微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發熱。而不同介質材料的介質常數εr和介質損耗角正切值tgδ是不同的，故微波電磁場作用下的熱效應也不一樣。由極性分子所組成的物質，能較好地吸收微波能。水分子呈極強的極性，是吸收微波的最好介質，所以凡含水分子的物質必定吸收微波。另一類由非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類物質有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它們能透過微波，而不吸收微波。這類材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做密封材料。在微波場電中，介質吸收微波功率的大小P正比于頻率f、電場強度E的平方、介電常數εr 和介質損耗正切值tgδ。

    即：P = 2πf•E2•εr•V•tgδ

問題10：微波的脫水效率如何？

    答：理論上每千瓦小時微波電能可使1.39公斤的水汽化，由于線路損耗及腔體效率等因素，實際效果為0.8--1.1公斤/千瓦小時。用戶可根據待處理材料初始與最終含水量之差及產量的要求來估算所需的微波功率。