小编为了能让客户更好的选择微波化学反应器、微波高温炉、微波马弗炉等微波设备,我整理些微波加热的基本原理,仅供参考,希望对朋友们选择微波设备能有帮助。
当微波作用到物质上时,可能产生电子极化、原子极化、界面极化及偶极转向极化,其中偶极转向极化对物质的加热起主要作用。极性电介质的分子在无外电场作用时,偶极矩在各个方向的几率相等,宏观偶极矩为零。在微波场中,物质的偶极子与电场作用产生转矩,宏观偶极矩不再为零,这就产生了偶极转向极化。由于微波产生的交变电场以每秒高达数亿次的高速变向,偶极转向极化不具备迅速跟上交变电场的能力而滞后于电场,从而导致材料内部功率耗散,一部分微波能转化为热能,由此使得物质本身加热升温。
根据上述原理,人们由麦克斯韦尔方程出发推导了微波场对物质热效应的表达式[1 ,2 ] 。
(1) 物质吸收的微波能:
P = 2πfε″E2
上式中,π为圆周率; f 为微波频率; E 为电场强度;ε″为物质的介电损耗,它表示物质将电磁能转换为热能的效率。
(2) 微波在不同材料中的穿透深度:
D = cε0/ (2πfε″)
上式中, c 为常数,ε0 为无外电场时物质的介电常数。
(3) 物质在微波加热下升温速率:
d T/ d t = Kf E2ε′( T) tanδ( T) / (ρcV)
上式中tanδ( T) 为介质损耗因子角正切, 表示物质在特定频率和温度下将电磁能转化为热能的能力,ε′( T) 为物质的介电常数; K 为常数;ρ为物质的密度; cV 为物质的质量定容热容。
当微波作用到物质上时,可能产生电子极化、原子极化、界面极化及偶极转向极化,其中偶极转向极化对物质的加热起主要作用。极性电介质的分子在无外电场作用时,偶极矩在各个方向的几率相等,宏观偶极矩为零。在微波场中,物质的偶极子与电场作用产生转矩,宏观偶极矩不再为零,这就产生了偶极转向极化。由于微波产生的交变电场以每秒高达数亿次的高速变向,偶极转向极化不具备迅速跟上交变电场的能力而滞后于电场,从而导致材料内部功率耗散,一部分微波能转化为热能,由此使得物质本身加热升温。
根据上述原理,人们由麦克斯韦尔方程出发推导了微波场对物质热效应的表达式[1 ,2 ] 。
(1) 物质吸收的微波能:
P = 2πfε″E2
上式中,π为圆周率; f 为微波频率; E 为电场强度;ε″为物质的介电损耗,它表示物质将电磁能转换为热能的效率。
(2) 微波在不同材料中的穿透深度:
D = cε0/ (2πfε″)
上式中, c 为常数,ε0 为无外电场时物质的介电常数。
(3) 物质在微波加热下升温速率:
d T/ d t = Kf E2ε′( T) tanδ( T) / (ρcV)
上式中tanδ( T) 为介质损耗因子角正切, 表示物质在特定频率和温度下将电磁能转化为热能的能力,ε′( T) 为物质的介电常数; K 为常数;ρ为物质的密度; cV 为物质的质量定容热容。
由此可见,在一定的微波场中,物质本身的介电特性决定着微波场对其作用的大小。极性分子的介电常数较大,同微波有较强的耦合作用,非极性分子同微波不产生或只产生较弱耦合作用。在常见物质中,金属导体反射微波而极少吸收微波能,所以可用金属屏蔽微波辐射,以减少对人体的危害;玻璃、陶瓷等能透过微波,本身产生的热效应极小,可用作反应器材料; 大多数有机化合物、极性无机盐及含水物质能很好吸收微波,温度升高,这为以微波介入化学反应提供了可能性。
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