微波加熱原理

    根據(jù)物理理論可知，介質(zhì)分子可分為有極分子和無極分子兩大類．有極分子的正、負(fù)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，使原來雜亂無章的有極分子沿著外電場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向極化（無極分子的正、負(fù)電荷中心重合，在外電場(chǎng)的作用下使分子中的正負(fù)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(zhuǎn)向也要隨電場(chǎng)的變化而不斷改變方向。在這個(gè)過程中，由于分子間的相互碰撞，將使電能轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能，然后再轉(zhuǎn)化為熱能，使物體的溫度升高。由此可見，對(duì)于有極分子組成的物體（如被烹調(diào)的食物），交變電場(chǎng)就容易對(duì)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(shù)（在交變電場(chǎng)作用下，介質(zhì)的介電常數(shù)是復(fù)數(shù)，虛數(shù)部分反映了介質(zhì)的損耗）。實(shí)際上，介電常數(shù)并不是一個(gè)不變的數(shù)，在不同的條件下，其介電常數(shù)也不相同。例如水在微波條件下的介電常數(shù)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(dǎo)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(nèi)部，并在內(nèi)部逐漸被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其穿透深度主要決定于介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的頻率。在微波頻率下對(duì)一般物體其穿透深度可達(dá)幾厘米。

    微波對(duì)生物體還有一種生物效應(yīng)，在一定條件下對(duì)細(xì)胞、細(xì)菌具有抑制和殺傷作用。

    我國(guó)在70年代開始微波能應(yīng)用研究工作，于1973年開始微波加熱應(yīng)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)部召開了“全國(guó)微波能推廣應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)”，交流微波學(xué)術(shù)及應(yīng)用技術(shù)問題。1981年3月經(jīng)四機(jī)部批準(zhǔn)，抽調(diào)部屬單位的科技力量，成立了——中國(guó)電子器件工業(yè)總公司微波能推廣應(yīng)用站，負(fù)責(zé)全國(guó)微波能推廣應(yīng)用的組織、設(shè)計(jì)研究工作。1983年10月中國(guó)電子學(xué)會(huì)召開了首屆“全國(guó)微波能應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)”。此后每二年在全國(guó)選擇推廣應(yīng)用好的地區(qū)輪流舉辦微波應(yīng)用技術(shù)交流，以推動(dòng)國(guó)內(nèi)微波事業(yè)的發(fā)展。每屆均有論文集出版，涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、科研等方面的應(yīng)用領(lǐng)域。

微波發(fā)展?fàn)顩r

    目前，我國(guó)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(yī)療等行業(yè)逐漸采用微波技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。微波能技術(shù)作為一種新的加工手段，對(duì)各行業(yè)的技術(shù)改造和設(shè)備更新已形成極大地沖擊。特別是現(xiàn)階段，擺在各經(jīng)營(yíng)者面前的是解決產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與社會(huì)需求的問題，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)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(jí)滯后。微波技術(shù)的出現(xiàn)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(guó)迅速崛起的支柱產(chǎn)業(yè)。利用微波可對(duì)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(duì)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，且不開裂、變形小，同時(shí)殺死木材內(nèi)部的卵蟲和幼蟲；也可對(duì)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(shè)備對(duì)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(guó)采用915MHz、50kW喇叭天線作為輻射加熱器，利用程序控制對(duì)大型輪胎進(jìn)行旋轉(zhuǎn)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(shí)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(xiàn)，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(yīng)，進(jìn)行脫硫。而煤不受影響。理想的方法是以持續(xù)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(jié)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(dǎo)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(cè)十幾種元素。

    7、醫(yī)療

    微波生物效應(yīng)分熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。其熱效應(yīng)在醫(yī)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(shè)計(jì)微波手術(shù)刀，開刀止血快、出血量少。

    8、測(cè)量

    微波測(cè)量精度高，適宜于生產(chǎn)中連續(xù)測(cè)量和自動(dòng)控制。已廣泛用于測(cè)距、測(cè)溫、測(cè)厚、測(cè)速等方面。

    9、陶瓷燒結(jié)

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