微波加热的原理及其发展状况

微波加热原理

    根据物理理论可知，介质分子可分为有极分子和无极分子两大类．有极分子的正、负电荷的中心不重合，其间有一段距离，可等效为一个电偶极子．在外电场的作用下，使原来杂乱无章的有极分子沿着外电场的方向转向，产生转向极化（无极分子的正、负电荷中心重合，在外电场的作用下使分子中的正负电荷中心沿电场方向只产生位移极化）。如果外电场是交变的，那末有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向。在这个过程中，由于分子间的相互碰撞，将使电能转化为分子的动能，然后再转化为热能，使物体的温度升高。由此可见，对于有极分子组成的物体（如被烹调的食物），交变电场就容易对它进行加热。

    表征介质在外电场作用下极化程度的物理量叫介电常数（在交变电场作用下，介质的介电常数是复数，虚数部分反映了介质的损耗）。实际上，介电常数并不是一个不变的数，在不同的条件下，其介电常数也不相同。例如水在微波条件下的介电常数和损耗比一般物质大很多，因此较容易吸收微波能量而被加热。

    微波是一种频率极高的电磁波，照射在理想导电金属表面上将被全反射。照射在介质表面则有一小部分被反射，而大部分能穿透到介质内部，并在内部逐渐被介质吸收而转变为热能，其穿透深度主要决定于介质的介电常数和电磁波的频率。在微波频率下对一般物体其穿透深度可达几厘米。

    微波对生物体还有一种生物效应，在一定条件下对细胞、细菌具有抑制和杀伤作用。

    我国在70年代开始微波能应用研究工作，于1973年开始微波加热应用技术的研究和微波加热用磁控管的研制。1974年和1980年电子工业部召开了“全国微波能推广应用技术交流会”，交流微波学术及应用技术问题。1981年3月经四机部批准，抽调部属单位的科技力量，成立了——中国电子器件工业总公司微波能推广应用站，负责全国微波能推广应用的组织、设计研究工作。1983年10月中国电子学会召开了首届“全国微波能应用学术交流会”。此后每二年在全国选择推广应用好的地区轮流举办微波应用技术交流，以推动国内微波事业的发展。每届均有论文集出版，涉及工业、农业、医药、科研等方面的应用领域。

微波发展状况

    目前，我国已在皮革、木材、彩色印刷、食品、纸张、化工、陶瓷、药品、烟叶、建材、橡胶以及医疗等行业逐渐采用微波技术，并取得了良好的经济效益。微波能技术作为一种新的加工手段，对各行业的技术改造和设备更新已形成极大地冲击。特别是现阶段，摆在各经营者面前的是解决产品结构与社会需求的问题，适应社会发展对产品品质、品种要求的提高。其焦点之一就是技术创新不足、品质升级滞后。微波技术的出现为提高产品档次、跟上技术进步、创高附加值产品提供了良好条件。

    1、食品工业

    民以食为天，食品工业是我国迅速崛起的支柱产业。利用微波可对食品进行膨化、烘干、脱腥和杀菌保鲜处理。目前已用于糕点、牛肉干、土豆片、鱼片干、盐水鸭、腰果、花生米、瓜子、大豆等方面的生产中。

    2、木材加工

    微波可对1-6公分厚的木板进行均匀、快速烘干，干燥只需十几分钟，且不开裂、变形小，同时杀死木材内部的卵虫和幼虫；也可对胶合板或拼板胶接的固化处理；竹制品干燥、灭霉杀菌。

    3、橡胶工业

    日本用2450MHz、5～10kW微波加热设备对轮胎作一次加热，升温到硫化温度后用热风保温，可硫化3～4 吨重量的轮胎；美国采用915MHz、50kW喇叭天线作为辐射加热器，利用程序控制对大型轮胎进行旋转扫描，其优点是加热均匀、硫化时间缩短三分之一。

    4、杀虫灭菌

    用微波可在较低温度下灭菌杀虫。处理食品、药品、烟草、木材等。在70～80℃时就能起到杀虫灭菌作用。且升温速度快，不受物料厚度、形状影响。

    5、脱硫

    原煤中的硫以黄铁矿形式出现，黄铁矿比煤有更高的损耗角正切，因此利用微波可使黄铁矿得到选择性加热与气体发生反应，进行脱硫。而煤不受影响。理想的方法是以持续时间为0.1秒的脉冲波进行间歇式加热，将黄铁矿石加热到约650℃的高温。这种方法去硫效果好，不需昂贵的催化剂，节省资金，能源效率高，环境污染小。

    6、微波等离子体技术

    半导体生产工艺中已经采用微波等离子体技术，进行刻蚀、溅射、气相沉积、氧化硅片；还可用于金属、合金、非金属的表面处理；用于等离子体光谱分析，可检测十几种元素。

    7、医疗

    微波生物效应分热效应和非热效应。其热效应在医疗方面可进行微波理疗、配合放疗和化疗进行透热治癌；另外还可以利用微波加热血浆、解冻冷藏器官；还可设计微波手术刀，开刀止血快、出血量少。

    8、测量

    微波测量精度高，适宜于生产中连续测量和自动控制。已广泛用于测距、测温、测厚、测速等方面。

    9、陶瓷烧结

    微波可进行陶瓷的均匀致密化烧结，最高温度可达2000℃，获得大尺寸的精细陶瓷。