微波與材料的相互作用

微波與材料的相互作用

    當(dāng)微波在傳輸過程中遇到不同材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、吸 收和穿透現(xiàn)象。這些作用和其程度、效果取決于材料本身的幾個(gè)主要的固 有特性：介電常數(shù)“）、介質(zhì) 損耗角正切(化^簡稱介質(zhì)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(tǒng)中，常用的材料有導(dǎo)體、絕緣體、介質(zhì)、 極性和磁性化合物幾類。

   （1）導(dǎo)體一定厚度以上的導(dǎo)體，如銅、銀、鋁之類的 金屬，能夠反射微波，因此在微波系統(tǒng)中，常利用導(dǎo)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(xué)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(dǎo)光線一樣，是微波的通路。

(2）絕緣體在微波系統(tǒng)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(guān) 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(tǒng)中，根據(jù)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(yīng)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(jìn)入某些要害部位，這時(shí)的絕緣體就 成為有效的屏障。

(3）介質(zhì) 對(duì)微波而言，介質(zhì)具有吸收、穿透和反射的 性能。介質(zhì)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(zhì)。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(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?/p>

  （4）極性和磁性化合物這類材料的一般性能非常像介 質(zhì)材料，也反射、吸收和穿透微波。應(yīng)當(dāng)指出，由于微波能 量具有能對(duì)介質(zhì)材料和有極性、磁性的材料產(chǎn)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(zhì)材料一樣，也 易于作微波加工材料。

2.微波對(duì)介質(zhì)的穿透性質(zhì)

微波進(jìn)入物料后，物料吸收微波能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?nbsp;波的場強(qiáng)和功率就不斷地被衰減，即微波透入物料后將進(jìn)入 衰減狀態(tài)。不同的物料對(duì)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(tài)決定著微波對(duì)介質(zhì)的穿透 能力。

滲透深度（穿透深度）當(dāng)微波進(jìn)入物料時(shí)，物料表 面的能量密度是最大的，隨著微波向物料內(nèi)部的滲透，其能 量呈指數(shù)衰減，同時(shí)微波的能量釋放給了物料。

滲透深度可表示物料對(duì)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(shí)的距離，用乃5表示，6為自然對(duì)數(shù)底值。

②微波功率從物料表面衰減到表面值的1/2時(shí)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(guān)， 頻率越高，波長越短，其穿透力也越弱^在2 4501^1^時(shí)，微 波對(duì)水的滲透深度為1. 3啦，在915^2時(shí)增加到200111；

2 450^^2時(shí)，微波在空氣中的滲透深度為12. 20111； 915^92 時(shí)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(shù)量級(jí)的，這些結(jié)論也揭示了一個(gè)電磁場穿透 能力的物理特性。由此可知，目前遠(yuǎn)紅外線加熱常用的波長 僅為十幾個(gè)納米，因此，與紅外、遠(yuǎn)紅外線加熱相比，微波 對(duì)介質(zhì)材料的穿透能力要強(qiáng)得爹。

穿透能力差的加熱方式，對(duì)物料只能進(jìn)行表層加熱，從整個(gè)物料的加熱情況來看，屬熱傳導(dǎo)加熱范疇。而微波依靠 其穿透能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，能深入物料內(nèi)部加熱，使物料表里 幾乎同時(shí)吸熱升溫形成體熱狀態(tài)加熱，其加熱方式顯然有別 于熱傳導(dǎo)加熱，由此，微波加工工藝帶來一系列不同的加熱效果。