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微波的原理及特点

时间:2008-08-14 07:07:49  浏览:        


1微波的原理
微波与无线电波、电视信号、雷达通讯、红外线、可见光等一样,属于电磁波,只是波长各不相同。微波是频率在300MHz到300GHz的电磁波(波长1~1 000mm),通常用于电视、广播、通讯技术中。而现代应用中又将它扩展为1种新能源,即把微波作为一种能量,在工农业上进行加热、干燥,在化学工业中进行催化促进化学反应,在科学研究中进行激发等离子体等。家用微波炉就是微波能应用的1个典型例子。目前,用于工业加热的微波频率为915 MHz和2 450MHz,在使用中,可根据加热材料的形
状、大小、含水量来选择。
2微波加热原理
通常,介质材料由极性分子和非极性分子组成。在电磁场作业下,这些极性分子从原来的随机分布状态转向按照电场的极性排列取向。在高频电磁作用下,这些取向按交变电磁场的变化而变化,这一过程致使分子的运动和相互磨擦从而产生热量。此时交变电磁场的场能转化为介质内的热动能,使介质温度不断升高,这就是微波加热的基本原理。微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热,对于导电的金属材料,电波不能透入内部而被反射,金属材料不能吸收微波。由极性分子所组成的物质,能较好地吸收微波,水是吸收微波最好的介质,所以凡含水的物质必定吸收微波。另一类由非极性分子组成,它们基本上不吸收或很少吸收微波,这类物质有聚氟乙烯、聚丙烯等塑料制品和玻璃、陶瓷
等,它们能透过微波,而不吸收微波,这类材料可作为微波加热用的容器或支承物,或做微波密封材料。
3微波杀菌的原理
细菌、成虫与任何生物的细胞一样,是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质。其中水是生物细胞的主要成分,含量在75%~85%。在一定强度微波的作用下,物料中的虫类和菌体也会因分子极化、吸收微波能而升温。由于它们是凝聚态物质,分子间的作用力加剧了微波能向热能的能态转化,从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动2方面的作用,使其空间结构变化或破坏,而使蛋白质变性。蛋白质变性后,其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显的变化而失去生物活性。另一方面,微波能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用,这也是造成细菌死亡的原因之一。
4微波加热的特点
4.1加热速度快常规加热如火焰、热风、电热、蒸汽等,都是利用热传导的原理将热量从被加热物外部传入内部,逐步使物体中心温度升高,称之为外部加热。要使中心部位达到所需的温度,需要一定的时间,导热性较差的物体所需的时间就更长。微波加热是使被加热物本身成为发热体,称之为整体加热方式,不需要热传导的过程,内外同时加热,因此能在短时间内达到加热效果。这一特点可使热传导较差的物质在短时间内加热干燥,能量的利用率得到提高,还可以使加热炉的尺寸比常规加热炉要小。
4.2均匀加热为提高加热速度,常规加热需要升高热温度,这样容易产生外
层结“壳”而内层夹“生”的现象。但是微波加热时,物体各部位不论形状如何,通常都能均匀渗透电磁波以产生热量,因此均匀性大大改善。
4.3节能高效微波对不同物质有不同的作用,含有极性的物质容易吸收微波能量而发热,不含极性则很少吸收微波加热。微波加热时,被加热物料一般都是放在用金属制造的加热室内,加热室对电波来说是个封闭的空腔,微波不能外泄,只能被加热物体吸收,加热室内的空气与相应的容器都不会发热,所以热效率极高。同时工厂的环境温度也不会因此而升高,生产作业环境明显改善。
4.4易于控制与常规加热方法比较,
微波加热时只对物体本身加热,炉体、炉腔内空气几乎不加热,因此热惯性极小。应用计算机控制,特别适宜于加热过程和加热工艺的规范和自动化控制。
4.5低温杀菌对食品、药品等加热干燥时,微波的热效应双重杀菌能在较低的温度下杀死细菌,这就提供了1种能够较多保持食品营养成分的加热杀菌方法,所以微波加热在食品工业中得到广泛的应用。
4.6选择性加热微波对不同介质特性的物料有不同的作用,这一点对干燥加工特性很有利。因为水分子对微波的吸收最好,所以含水量高的部位,吸收微波功率多于含水量较低的部位,这就是微波选择性加热的特点。在烘干木材、纸张等产品时,利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥。
4.7安全无害在微波加热、干燥中,无废水、废气、废物产品,也无辐射遗留物存在,其微波泄漏也确保大大低于国家制定的安全标准,是一种十分安全无害的高新技术。目前,微波已广泛应用在各种物料、服装、毛皮、农副产品的烘干和医疗器材、餐具、废弃物等的消毒中。尽管微波的应用与研究不断扩大和深入。但在微波消毒与灭菌的研究与应用中,尚有未曾触及的方面,而且在已有的应用中也有不少值得进一步深入研究的地方。期望通过大家不懈的努力,不仅使微波加热、消毒和灭菌的应用研究上取得更多的成果,并将有关成果尽快与实际相结合,取得更多的社会效益和经济效益
  
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