微波能應(yīng)用技術(shù)常見問題解答

問題1：微波是什么？

    答：微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，微波是指頻率為300MHz-300KMHz的電磁波，即波長在1米到1毫米之間的電磁波。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。

問題2：微波是怎樣產(chǎn)生的？

    答：微波能通常由直流或50MHz交流電通過一特殊的器件來獲得。可以產(chǎn)生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導(dǎo)體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的有磁控管，多腔速調(diào)管，微波三、四極管，行波管等。在目前微波加熱領(lǐng)域特別是工業(yè)微波應(yīng)用中使用的主要是磁控管及速調(diào)管。

問題3：微波應(yīng)用的頻率有那些？

    答：因為微波應(yīng)用極為廣泛，特別是通信領(lǐng)域，為了避免相互間的干擾，國際無線電管理委員會對頻率的劃分作了具體規(guī)定。分給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)用的頻率有433兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫，與通信頻率分開使用。目前國內(nèi)用于工業(yè)加熱的常用頻率為915兆赫和2450兆赫。微波頻率與功率的選擇可根據(jù)被加熱材料的形狀、材質(zhì)、含水率的不同而定。

問題4：微波加熱的原理是什么？

    答：介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成，在電磁場作用下，這些極性分子從原來的隨機分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電場的極性排列取向。而在高頻電磁場作用下，這些取向按交變電磁的頻率不斷變化，這一過程造成分子的運動和相互摩擦從而產(chǎn)生熱量。此時交變電場的場能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使介質(zhì)溫度不斷升高，這就是對微波加熱最通俗的解釋。

問題5：微波殺菌的機理是什么？

    答：微波殺菌的機理在于，細(xì)菌、成蟲與任何生物細(xì)胞一樣，是由水、蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、脂肪和無機物等復(fù)雜化合物構(gòu)成的一種凝聚態(tài)介質(zhì)。其中水是生物細(xì)胞的主要成分，含量在75～85％，因為細(xì)菌的各種生理活動都必須有水參與才能進行，而細(xì)菌的生長繁殖過程，對各種營養(yǎng)物的吸收是通過細(xì)胞膜質(zhì)的擴散、滲透和吸附作用來完成的。在一定強度微波場的作用下，物料中的蟲類和菌體也會因分子極化馳豫，同時吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態(tài)物質(zhì)，分子間的作用力加劇了微波能向熱能的能態(tài)轉(zhuǎn)化。從而使體內(nèi)蛋白質(zhì)同時受到無極性熱運動和極性轉(zhuǎn)動兩方面的作用，使其空間結(jié)構(gòu)變化或破壞，而使蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)變性后，其溶解度、粘度、膨脹性、滲透性、穩(wěn)定性都會發(fā)生明顯的變化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非熱效應(yīng)在滅菌中起到了常規(guī)物理滅菌所沒有的特殊作用。也是造成細(xì)菌死亡的原因之一。

問題6：微波的穿透能力如何？

    答：穿透能力就是電磁波穿入到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從介質(zhì)的表面進入并在其內(nèi)部傳播時，由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，它所攜帶的能量就隨著深入介質(zhì)表面的距離，以指數(shù)形式衰減。透射深度被定義為：材料內(nèi)部功率密度為表面能量密度的1/e 或36.8% 算起的深度D，微波的加熱深度比紅外加熱大得多，因為微波的波長是紅外波長的近千倍。紅外加熱只是表面加熱，微波是深入內(nèi)部加熱。

問題7：什么叫微波的選擇性加熱？

    答：不同性質(zhì)的物料對微波的吸收損耗不同，即選擇性加熱的特點，這對干燥過程有利。因為水分子對微波的吸收損耗最大，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位，從而干燥速率趨一致。

問題8：微波加熱為什么稱之為內(nèi)部加熱方式？

    答：常規(guī)加熱（如火焰、熱風(fēng)、電熱、蒸汽等）都是利用熱傳導(dǎo)、對流、熱輻射將熱量首先傳遞給被加熱物的表面，再通過熱傳導(dǎo)逐步使中心溫度升高（即常稱的外部加熱)。它要使中心部位達(dá)到所需的溫度，需要一定的熱傳導(dǎo)時間，而對熱傳導(dǎo)率差的物體所需的時間就更長。微波加熱則屬于內(nèi)部加熱方式，電磁能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱，且透射性能使物料內(nèi)外介質(zhì)同時受熱，不需要熱傳導(dǎo)，而內(nèi)部缺乏散熱條件，造成內(nèi)部溫度高于外部的溫度梯度分布，形成驅(qū)動內(nèi)部水分向表面滲透的蒸汽壓差，加速了水份的遷移蒸發(fā)速度。特別是對含水量在30%以下的食品，速度可數(shù)百倍的縮短，在短時間內(nèi)達(dá)到均勻干燥。

問題9：各種物質(zhì)對微波的吸收能力如何？

    答：微波加熱是介質(zhì)材料自身損耗電場能量而發(fā)熱。而不同介質(zhì)材料的介質(zhì)常數(shù)εr和介質(zhì)損耗角正切值tgδ是不同的，故微波電磁場作用下的熱效應(yīng)也不一樣。由極性分子所組成的物質(zhì)，能較好地吸收微波能。水分子呈極強的極性，是吸收微波的最好介質(zhì)，所以凡含水分子的物質(zhì)必定吸收微波。另一類由非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類物質(zhì)有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等，它們能透過微波，而不吸收微波。這類材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做密封材料。在微波場電中，介質(zhì)吸收微波功率的大小P正比于頻率f、電場強度E的平方、介電常數(shù)εr 和介質(zhì)損耗正切值tgδ。

    即：P = 2πf•E2•εr•V•tgδ

問題10：微波的脫水效率如何？

    答：理論上每千瓦小時微波電能可使1.39公斤的水汽化，由于線路損耗及腔體效率等因素，實際效果為0.8--1.1公斤/千瓦小時。用戶可根據(jù)待處理材料初始與最終含水量之差及產(chǎn)量的要求來估算所需的微波功率。