介质的特性对加热的影响

介质的特性对加热的影响

    物质吸收微波的能力，主要由介电常数和介质损耗角正切来决定。介电常数是介质“阻止”微波能通过的能力的量 度，介质损耗角正切是介质耗散微波能量的“效率”。在有关手册中可查出不同物质的介质损耗和介电常数。介质吸收的 功率与电源的频率和电场强度成正比。为了提高介质吸收功 率的能力，可以提高电场强度或提高工作频率。但是电场强 度的提高有一定的限度，否则，电极间将会出现击穿现象。将 工作频率提高到微波波段，则可以很好地解决这一问题。

由此可见，物料在微波场中，其单位体积的热能转换取 决于微波电场强度的平方、频率以及物料的介电特性（介电 常数和介质损耗）等因素。

对于同一种介质来说，不同的状态下也有着不等的I和 4沒值。以水为例，2 450\1只2的微波辐射对水的加热效果较 好，但是它对不同状态下的水的加热效果是不同的：冰的介 电常数为32，介电损耗为0.001；水的介电常数约为80，介 质损耗为0.2左右。所以，在用微波加热冰冻物品时，如果 不把融化的水随时排出走，则由于水的介电常数及介质损耗 都比冰大得多，最后可能是水吸收走了主要的热量，而冰冻 物品却得不到所需的加热。水的^和值比一般的介质要 大，因此，在一般情况下，加工物料的含水量愈大，其介质 耗能也越大。当介质温度上升时，其介质损耗反而下降，这 时.就将出现所谓的自动平衡。微波加热的这神自动平衡作 用使物料的加热更为均匀，同时也避免了过热缺陷的出现。但 是，有些物料在加热时，其介电常数及介质损耗会随温度的 上升而升高，这时就将出现恶性循环。例如，某些物料在正 常含水量时会呈现出自动平衡状态，但在其含水量低时则可 能会出现相反的情况，此时，若微波功率很大，则物料甚至 会内部燃烧，这样，就必须降低功率，以将物料过热部位的 热量通过传导及水分蒸发来带走，以达到温度的平衡；或者 将物料的厚度减小，以改善其散热条件。因此，在烘干某一 物料时，并不能从单纯加大微波功率或提高其微波频率来获 得愈来愈短的作用时间，而是要根据物料的性质及加工工艺 特点来选定功率、频率及最佳的作用时间。

此外，某些物料所含有的水分不同程度地被束缚在其物质结构中。如果这些水是很紧密地被束缚在物料的分子结构 中，似乎像固体而不像液态那样容易受外界电场的作用而运 动，那么其用微波加热的效果不佳。例如：结晶硫酸铜，虽 然本身含有大量的结晶水，但它在微波下却很难进行加热。但 是含有10个结晶水的碳酸钠或含有5个结晶水的醋酸钠，由 于物料本身介质损耗较大，它们在微波场中仍能吸收能量而 发热。当其结晶水一旦被微波激活成为自由状态的水，就会 大量吸收微波并迅速蒸发。硅胶、三氧化二铝等物料，有吸 附水的特性，它们在微波作用下，也可以得到很好的加热效 果。

物料的密度不同时，其介质损耗值也不同。例如，不同 密度的烟叶的介电常数4与密度的关系：当烟叶密度从 1504/爪3提高到2501^/爪3时，其介电常数(在2 4501^1出 时）将增大4倍。因此，微波的加热持性除与物料的介电特 性以及微波工作频率有关外，还需注意物料本身密度的变化， 包括物料的纤维方向（例如木料的纹理）的影响。被磨成粉 状的物料由于其本身含有大量的空隙，所以其介电常数及介 质损耗都比经过压紧的密实物料为小。例如，各种不同水分^ 含量的磨碎的土豆粉，其介电常数、介质损耗要比相同水分 含量的土豆片大得多，因为土豆片密度比土豆粉低。也就是 说，土豆片中存在有许多空隙，空隙中充满了空气，而空气 的介电常数是很低的。在实际生产中，空气就是完全的微波 透过体，因而，空气的存在将减小物料的介电常数。物料的 密度增加，介电常数也常以近乎线性的关系增加。很疏松的 物料如面包团，因含有空气而成了较好的绝热体。在焙烤过 程中，面包团的密度进一步降低，绝热性也就更强。这样，要 使热量传递到物料的内部也就十分困难而缓慢。但面包在微波设备中加热时，由干微波的穿透作用，可以使烘烤面包的 时间大为缩短，仅需常用烘烤法所需时间的1/3。

另外.物料的密度也并不是各处都均匀一致的，如带骨 的家禽和牛排等。由于骨头对微波的吸收及对微波的反射作 用，使得在骨头附近存在一个温度异常带。当整鸡已经烤好 而结束加热后，骨头附近的肉可能还是夹生的，不能食用或 已过烂，产生脱骨现象，这就需要采用间断加热方法来解决 此问题。

当微波能进入样品时，样品的介质损耗决定了样品吸收 能量的速率。吸收微波能的物质.在限定条件下，其介质损 耗是一个确定值。样品的介质损耗越大，给定频率的微波能 穿透能力越小。