微波加热、干燥、杀菌的原理

微波与无线电波、电视信号、通讯雷达、红外线、可见光等一样，都属电磁波，只是波长不相同。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波（波长1米～1毫米）,通常用于电视、广播、通讯技术中。直到六十年代末，微波能被作为一种能源来加以利用，应用于加热、干燥、杀虫、灭菌、医疗、催化、萃取等化学反应和激发等离子体等等。家用微波炉的使用更标志微波技术的日趋成熟。由于电磁波的应用极为广泛和普及，特别是通信领域，为避免相互干扰，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。 2．微波的应用领域 （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。（10） 化学工业 微波在化学中有广泛的应用，如微波消解、萃取、水解、催化反应等。 3．微波加热原理 物料介质由极性分子和非极性分子组织，在电磁场作用下，这些极性分子从随机分布状态转为依电场方向进行取向排列。而在微波电磁场作用下，这些取向运动以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈运动与碰撞摩擦，从而产生热量，达到电能直接转化为介质内的热能。可见，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，在微波电磁场作用下的热效应也不一样。由极性分子所组织的物质，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资必定吸收微波。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。在微波电场中，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•V•tgδ V：物料介质吸收微波的有效体积。

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