微波加热的一些知识

微波加热的一些知识

微波加热不同于一般的常规加热方式，后者是由外部热源通过热辐射由表及里的传导式加热，而微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的“体加热”或“内加热”（如图所示）。微波加热意味着将微波电磁能转变成为热能，其能量是通过空间或媒质以电磁波形式来传递的，对物质的加热过程与物质内部分子的极化有着密切的关系。

　　微波是非电离辐射能，它的能量不足以破坏化学键，但却足以引发分子转动或离子移动，从而产生热能。目前认为其加热机理有以下几种：
① 离子传导机理
　　离子传导是电磁场中可离解离子的导电移动，离子移动形成电流，由于介质对离子流的阻碍而产生热效应。溶液中所有的离子均起导电作用，但作用大小与介质中离子的浓度和迁移率有关。因此，离子迁移产生的微波能量损失依赖于离子的大小、电荷量和导电性，并受离子与溶剂分子之间的相互作用的影响。
② 偶极子转动机理
　　介质是由许多一端带正电、一端带负电的分子（或偶极子）组成的。在2450MHz 的电场中，偶极子以4.9×10⁹次/s 的速度快速摆动。由于分子的热运动和相邻分子的相互作用，偶极子随外加电场方向的改变而作规则摆动时受到干扰和阻碍，就产生了类似摩擦的作用，使杂乱无章运动的分子获得能量，以热的形式表现出来，介质的温度也随之升高。
　　偶极子转动加热的效率与介质弛豫时间τ、介质的温度和黏度有关。当角频率ω=1/τ（ω=2πf , f 为微波频率）时，因偶极子转动引起有效耗散的物质在每一周期中出现能量转换的最大值。当非电离的极性介质的1/τ与微波能的角频率接近时，介质的耗散因子较大，微波加热作用显著。温度从很大程度上决定了两种能量转换机理对加热的相对贡献。对小分子而言，如水和其他溶剂，随着介质温度的升高，因偶极子转动引起的介质有效损耗降低；相反，因离子传导引起的介质有效损耗增大。因此，对离子型物料，微波开始加热时，介质的耗散因子主要由偶极子转动机理支配，随温度升高则由离子传导机理支配。两种加热机理对介质加热的贡献还取决于介质离子的迁移率、浓度以及介质的弛豫时间等。如果介质离子的迁移率和浓度较低，介质的加热主要由偶极子转动机理控制；反之，微波加热将由离子传导机理控制，升温速率不受溶液弛豫时间限制。
　　微波在传输过程中遇到不同物料时，会产生反射、吸收和穿透现象，这主要取决于物料的介电常数、介质损失因子等。而介质损失因子与介质的介电常数的比值即耗散因子（tanδ的大小，反映了介质将吸收的微波能转化成热能后释放热量能力的强弱。

　　式中，ε′为介电常数，反映电介质吸收微波能力的强弱；ε″为介质损失因子，反映介质耗散微波能的效率。某些溶剂的介电常数较大，但如果它的耗散因子小，在单位时间内吸收微波能多，因而容易出现局部过热现象。下表列出了一些物质的ε′、ε″和tanδ（3000MHz和25℃下）。由下表可见，ε′和ε″间并无严格的关系，但物质吸收微波能的能力随tanδ的增大而增大。

　　微波加热的能力还与微波频率以及样品的组成、温度、形状有关。样品吸收微波能的有效程度与微波频率有关，每一种物质都对应一个特征频率。在此频率下，物质吸收微波能最有效。但市售的微波仪器其微波频率均为2450MHz ，所以不必考虑此影响。测试温度可以用到的：温度计| 温度表| 温湿度计| 红外线测温仪| 温湿度仪| 红外线温度计