微波炉、电磁炉都是怎样把电能转化成内能的?

微波炉、电磁炉都是怎样把电能转化成内能的?

什么是微波?微波与无线电波、红外线、可见光一样都是电磁波,微波是指频率为300MHz-300KMHz的电磁波,即波长在1米到1毫米之间的电磁波.微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”.微波是怎样产生的?微波能通常由直流或50MHz交流电通过一特殊的器件来获得.可以产生微波的器件有许多种,但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件.电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件,或称之为电子管.在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管,多腔速调管,微波三、四极管,行波管等.在目前微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管.微波应用的频率有那些?因为微波应用极为广泛,特别是通信领域,为了避免相互间的干扰,国际无线电管理委员会对频率的划分作了具体规定.分给工业、科学和医学用的频率有 433 兆赫、915兆赫、2450兆赫、5800兆赫、22125兆赫,与通信频率分开使用.目前国内用于工业加热的常用频率为915兆赫和2450兆赫.微波频率与功率的选择可根据被加热材料的形状、材质、含水率的不同而定.微波加热的原理是什么?介质材料由极性分子和非极性分子组成,在电磁场作用下,这些极性分子从原来的随机分布状态转向依照电场的极性排列取向.而在高频电磁场作用下,这些取向按交变电磁的频率不断变化,这一过程造成分子的运动和相互摩擦从而产生热量.此时交变电场的场能转化为介质内的热能,使介质温度不断升高,这就是对微波加热最通俗的解释.微波杀菌的机理是什么?微波灭菌的机理在于,细菌、成虫与任何生物细胞一样,是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质.其中水是生物细胞的主要成分,含量在75～85％,因为细菌的各种生理活动都必须有水参与才能进行,而细菌的生长繁殖过程,对各种营养物的吸收是通过细胞膜质的扩散、渗透和吸附作用来完成的.在一定强度微波场的作用下,物料中的虫类和菌体也会因分子极化驰豫,同时吸收微波能升温.由于它们是凝聚态物质,分子间的作用力加剧了微波能向热能的能态转化.从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两方面的作用,使其空间结构变化或破坏,而使蛋白质变性.蛋白质变性后,其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显的变化,而失去生物活性.另一方面,微波能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用.也是造成细菌死亡的原因之一.微波的穿透能力如何?穿透能力就是电磁波穿入到介质内部的本领,电磁波从介质的表面进入并在其内部传播时,由于能量不断被吸收并转化为热能,它所携带的能量就随着深入介质表面的距离,以指数形式衰减.透射深度被定义为：材料内部功率密度为表面能量密度的1/e 或36.8% 算起的深度D,微波的加热深度比红外加热大得多,因为微波的波长是红外波长的近千倍.红外加热只是表面加热,微波是深入内部加热.什么叫微波的选择性加热?不同性质的物料对微波的吸收损耗不同,即选择性加热的特点,这对干燥过程有利.因为水分子对微波的吸收损耗最大,所以含水量高的部位,吸收微波功率多于含水量较低的部位,从而干燥速率趋一致.微波加热为什么称之为内部加热方式?常规加热（如火焰、热风、电热、蒸汽等）都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给被加热物的表面,再通过热传导逐步使中心温度升高（即常称的外部加热).它要使中心部位达到所需的温度,需要一定的热传导时间,而对热传导率差的物体所需的时间就更长.微波加热则属于内部加热方式,电磁能直接作用于介质分子转换成热,且透射性能使物料内外介质同时受热,不需要热传导,而内部缺乏散热条件,造成内部温度高于外部的温度梯度分布,形成驱动内部水分向表面渗透的蒸汽压差,加速了水份的迁移蒸发速度.特别是对含水量在30%以下的食品,速度可数百倍的缩短,在短时间内达到均匀干燥.各种物质对微波的吸收能力如何?微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热.而不同介质材料的介质常数εr和介质损耗角正切值tgδ是不同的,故微波电磁场作用下的热效应也不一样.由极性分子所组成的物质,能较好地吸收微波能.水分子呈极强的极性,是吸收微波的最好介质,所以凡含水分子的物质必定吸收微波.另一类由非极性分子组成,它们基本上不吸收或很少吸收微波,这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷等,它们能透过微波,而不吸收微波.这类材料可作为微波加热用的容器或支承物,或做密封材料.在微波场电中,介质吸收微波功率的大小P正比于频率f、电场强度E的平方、介电常数εr 和介质损耗正切值tgδ.即:P = 2πf?E2?εr?tgδ 微波的脱水效率如何?理论上每千瓦小时微波电能可使1.39公斤的水汽化,由于线路损耗及腔体效率等因素,实际效果为0.8--1.1公斤/千瓦小时.用户可根据待处理材料初始与最终含水量之差及产量的要求来估算所需的微波功率.