介質(zhì)的特性對加熱的影響

介質(zhì)的特性對加熱的影響

    物質(zhì)吸收微波的能力，主要由介電常數和介質(zhì)損耗角正切來(lái)決定。介電常數是介質(zhì)“阻止”微波能通過(guò)的能力的量 度，介質(zhì)損耗角正切是介質(zhì)耗散微波能量的“效率”。在有關(guān)手冊中可查出不同物質(zhì)的介質(zhì)損耗和介電常數。介質(zhì)吸收的 功率與電源的頻率和電場(chǎng)強度成正比。為了提高介質(zhì)吸收功 率的能力，可以提高電場(chǎng)強度或提高工作頻率。但是電場(chǎng)強 度的提高有一定的限度，否則，電極間將會(huì )出現擊穿現象。將 工作頻率提高到微波波段，則可以很好地解決這一問(wèn)題。

由此可見(jiàn)，物料在微波場(chǎng)中，其單位體積的熱能轉換取 決于微波電場(chǎng)強度的平方、頻率以及物料的介電特性（介電 常數和介質(zhì)損耗）等因素。

對于同一種介質(zhì)來(lái)說(shuō)，不同的狀態(tài)下也有著(zhù)不等的I和 4沒(méi)值。以水為例，2 450\1只2的微波輻射對水的加熱效果較 好，但是它對不同狀態(tài)下的水的加熱效果是不同的：冰的介 電常數為32，介電損耗為0.001；水的介電常數約為80，介 質(zhì)損耗為0.2左右。所以，在用微波加熱冰凍物品時(shí)，如果 不把融化的水隨時(shí)排出走，則由于水的介電常數及介質(zhì)損耗 都比冰大得多，最后可能是水吸收走了主要的熱量，而冰凍 物品卻得不到所需的加熱。水的^和值比一般的介質(zhì)要 大，因此，在一般情況下，加工物料的含水量愈大，其介質(zhì) 耗能也越大。當介質(zhì)溫度上升時(shí)，其介質(zhì)損耗反而下降，這 時(shí).就將出現所謂的自動(dòng)平衡。微波加熱的這神自動(dòng)平衡作 用使物料的加熱更為均勻，同時(shí)也避免了過(guò)熱缺陷的出現。但 是，有些物料在加熱時(shí)，其介電常數及介質(zhì)損耗會(huì )隨溫度的 上升而升高，這時(shí)就將出現惡性循環(huán)。例如，某些物料在正 常含水量時(shí)會(huì )呈現出自動(dòng)平衡狀態(tài)，但在其含水量低時(shí)則可 能會(huì )出現相反的情況，此時(shí)，若微波功率很大，則物料甚至 會(huì )內部燃燒，這樣，就必須降低功率，以將物料過(guò)熱部位的 熱量通過(guò)傳導及水分蒸發(fā)來(lái)帶走，以達到溫度的平衡；或者 將物料的厚度減小，以改善其散熱條件。因此，在烘干某一 物料時(shí)，并不能從單純加大微波功率或提高其微波頻率來(lái)獲 得愈來(lái)愈短的作用時(shí)間，而是要根據物料的性質(zhì)及加工工藝 特點(diǎn)來(lái)選定功率、頻率及最佳的作用時(shí)間。

此外，某些物料所含有的水分不同程度地被束縛在其物質(zhì)結構中。如果這些水是很緊密地被束縛在物料的分子結構 中，似乎像固體而不像液態(tài)那樣容易受外界電場(chǎng)的作用而運 動(dòng)，那么其用微波加熱的效果不佳。例如：結晶硫酸銅，雖 然本身含有大量的結晶水，但它在微波下卻很難進(jìn)行加熱。但 是含有10個(gè)結晶水的碳酸鈉或含有5個(gè)結晶水的醋酸鈉，由 于物料本身介質(zhì)損耗較大，它們在微波場(chǎng)中仍能吸收能量而 發(fā)熱。當其結晶水一旦被微波激活成為自由狀態(tài)的水，就會(huì ) 大量吸收微波并迅速蒸發(fā)。硅膠、三氧化二鋁等物料，有吸 附水的特性，它們在微波作用下，也可以得到很好的加熱效 果。

物料的密度不同時(shí)，其介質(zhì)損耗值也不同。例如，不同 密度的煙葉的介電常數4與密度的關(guān)系：當煙葉密度從 1504/爪3提高到2501^/爪3時(shí)，其介電常數(在2 4501^1出 時(shí)）將增大4倍。因此，微波的加熱持性除與物料的介電特 性以及微波工作頻率有關(guān)外，還需注意物料本身密度的變化， 包括物料的纖維方向（例如木料的紋理）的影響。被磨成粉 狀的物料由于其本身含有大量的空隙，所以其介電常數及介 質(zhì)損耗都比經(jīng)過(guò)壓緊的密實(shí)物料為小。例如，各種不同水分^ 含量的磨碎的土豆粉，其介電常數、介質(zhì)損耗要比相同水分 含量的土豆片大得多，因為土豆片密度比土豆粉低。也就是 說(shuō)，土豆片中存在有許多空隙，空隙中充滿(mǎn)了空氣，而空氣 的介電常數是很低的。在實(shí)際生產(chǎn)中，空氣就是完全的微波 透過(guò)體，因而，空氣的存在將減小物料的介電常數。物料的 密度增加，介電常數也常以近乎線(xiàn)性的關(guān)系增加。很疏松的 物料如面包團，因含有空氣而成了較好的絕熱體。在焙烤過(guò) 程中，面包團的密度進(jìn)一步降低，絕熱性也就更強。這樣，要 使熱量傳遞到物料的內部也就十分困難而緩慢。但面包在微波設備中加熱時(shí)，由干微波的穿透作用，可以使烘烤面包的 時(shí)間大為縮短，僅需常用烘烤法所需時(shí)間的1/3。

另外.物料的密度也并不是各處都均勻一致的，如帶骨 的家禽和牛排等。由于骨頭對微波的吸收及對微波的反射作 用，使得在骨頭附近存在一個(gè)溫度異常帶。當整雞已經(jīng)烤好 而結束加熱后，骨頭附近的肉可能還是夾生的，不能食用或 已過(guò)爛，產(chǎn)生脫骨現象，這就需要采用間斷加熱方法來(lái)解決 此問(wèn)題。

當微波能進(jìn)入樣品時(shí)，樣品的介質(zhì)損耗決定了樣品吸收 能量的速率。吸收微波能的物質(zhì).在限定條件下，其介質(zhì)損 耗是一個(gè)確定值。樣品的介質(zhì)損耗越大，給定頻率的微波能 穿透能力越小。