微波與材料的相互作用

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，會產生反射、吸 收和穿透現象。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“）、介質 損耗角正切(化^簡稱介質損 耗〉、比熱、形狀、含水量的 大小等。

    1-常用材料

在微波加工系統中，常用的材料有導體、絕緣體、介質、 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。在微波系統中，根據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 對微波而言，介質具有吸收、穿透和反射的 性能。介質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。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變為熱量。

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

2.微波對介質的穿透性質

微波進入物料后，物料吸收微波能并將其轉變為熱能，微 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。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。衰減狀態決定著微波對介質的穿透 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，隨著微波向物料內部的滲透，其能 量呈指數衰減，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，能深入物料內部加熱，使物料表里 幾乎同時吸熱升溫形成體熱狀態加熱，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。