微波加熱的原理及其發展狀況

微波加熱原理

    根據物理理論可知，介質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向，產生轉向極化（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生位移極化）。如果外電場是交變的，那末有極分子的轉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，將使電能轉化為分子的動能，然后再轉化為熱能，使物體的溫度升高。由此可見，對于有極分子組成的物體（如被烹調的食物），交變電場就容易對它進行加熱。

    表征介質在外電場作用下極化程度的物理量叫介電常數（在交變電場作用下，介質的介電常數是復數，虛數部分反映了介質的損耗）。實際上，介電常數并不是一個不變的數，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。照射在介質表面則有一小部分被反射，而大部分能穿透到介質內部，并在內部逐漸被介質吸收而轉變為熱能，其穿透深度主要決定于介質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年代開始微波能應用研究工作，于1973年開始微波加熱應用技術的研究和微波加熱用磁控管的研制。1974年和1980年電子工業部召開了“全國微波能推廣應用技術交流會”，交流微波學術及應用技術問題。1981年3月經四機部批準，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月中國電子學會召開了首屆“全國微波能應用學術交流會”。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交流，以推動國內微波事業的發展。每屆均有論文集出版，涉及工業、農業、醫藥、科研等方面的應用領域。

微波發展狀況

    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逐漸采用微波技術，并取得了良好的經濟效益。微波能技術作為一種新的加工手段，對各行業的技術改造和設備更新已形成極大地沖擊。特別是現階段，擺在各經營者面前的是解決產品結構與社會需求的問題，適應社會發展對產品品質、品種要求的提高。其焦點之一就是技術創新不足、品質升級滯后。微波技術的出現為提高產品檔次、跟上技術進步、創高附加值產品提供了良好條件。

    1、食品工業

    民以食為天，食品工業是我國迅速崛起的支柱產業。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

    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掃描，其優點是加熱均勻、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，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生反應，進行脫硫。而煤不受影響。理想的方法是以持續時間為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，節省資金，能源效率高，環境污染小。

    6、微波等離子體技術

    半導體生產工藝中已經采用微波等離子體技術，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；還可設計微波手術刀，開刀止血快、出血量少。

    8、測量

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

    9、陶瓷燒結

    微波可進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。