微波頻率下水的介電特性的探討

1、一、概述水在人們?nèi)粘Ｉ钪惺且环N極其普通而又非常重要的資源,大家一刻也離不開它.工業(yè)生產(chǎn)中也是如此,尤其是在工業(yè)微波加熱應(yīng)用中,由于被加熱物料中都不同程度地含有一定的水份,因此人們希望了解水在微波頻率下的一些特性,即通常所說的介電特性.盡管近百年來各國科學(xué)家曾對水的介電特性進(jìn)行了大量的研究,得出了許多人們所期望的特性.但到目前為止,這一研究并未停止,說明尚有許多人們并不徹底了解的特性需要探索.這也是為什么每年都要召開一次”電磁波與水及含水物質(zhì)的相互作用”的國際會議的原因.今年五月在德國中部的維瑪城召開了由”國際電磁測水0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 6

2、.025個分子。水的分子式為H2O,但其中兩個氫原子與一個氧原子卻不在一條直線上，而相互間形成的夾角，正因為如此結(jié)構(gòu)，使其分子的正負(fù)極性分離，于是形成了微觀上的偶電距，因此是一種強(qiáng)極性物質(zhì)。由于它的極化馳豫時間正好與微波周期相近，因此對微波具有良好的吸收效應(yīng)，這種偶極子轉(zhuǎn)向極化正是微波損耗的物0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 100 焦耳/摩爾，常存在于各種毛細(xì)間隙中；2.束縛水這是一種以物理化學(xué)結(jié)合的水，它的結(jié)合能為 3000 焦耳/摩爾，它與自由水相比，結(jié)合能要大 30 倍以上，它常吸附在介質(zhì)表面與介質(zhì)分子化學(xué)結(jié)合在一起，比較牢固，受分子間作用力的約束。0c59f8ea 工業(yè)微

3、波設(shè)備 http:/ 5000 焦耳/摩爾。由于這三類水結(jié)合能的巨大差別，因此對微波加熱來說去除自由水最為容易，只要在微波電場作用下，水分子達(dá)到蒸發(fā)或汽化的溫度，即可從介質(zhì)間隙或毛細(xì)管中滲出或?qū)С觯坏珜κ`水來說卻要困難的多，束縛水與自由水的馳豫時間也不相同，前者的損耗峰存在于 1 千兆赫附近，而后者卻存在于 1825 千兆赫之間，并且與溫度有關(guān)。要用微波去除結(jié)晶水更顯得困難。由于目前微波加熱應(yīng)用中許多材料都含有不同程度的水分（包括自由水和束縛水），如煙草、棉花、木材、木板、皮0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 95時的是 5的十分之一左右，這就是說，低溫的損耗要大于高溫時的損耗。表

4、一水的介質(zhì)溫度特性 f3 千兆赫形態(tài)冰水水水水水水水水水水水含0.1摩NaClT-125152535455565758595253.280.278.876.07470.767.564.060.556.55275.50.0034.94.03.22.418 因此微波在高溫時的滲透0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ T2575范圍內(nèi)，有一經(jīng)驗公式提供了計算的方法，這就是320/T（）水的另一個特點(diǎn)即當(dāng)水溫降至零度時，液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變成了冰。這時和都會產(chǎn)生急劇下降，在 T=-12時，變得非常之小，變成了非極性物質(zhì)，約為常溫下

5、的千分之一。正是由于這個特性，才導(dǎo)致普通人們在使用家用微波爐解凍冰凍食品時由于受習(xí)慣思維的約束，每次都是以失敗而告終，因為大家不知道，利用微波解凍絕對不能回?zé)岬搅愣纫陨线_(dá)到與鮮貨時類似，而只能回?zé)岬?4-2左右即可，否則就保證不了部分地方會產(chǎn)生熱斑，這一熱斑正是由于局部0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ 10 度,而溫升后的上限溫度為20 度，即規(guī)定了溫差為 10 度,并且終點(diǎn)溫度為 20度.而轉(zhuǎn)為測量達(dá)到這一溫差所需的加熱時間,最后由公式計算出輸出功率.而不像人們目前常常采取的在一定加熱時殮內(nèi)測量溫升后的溫差,再由公式計算出輸出功率.到目前為止,尚未見到任何一本有關(guān)微波測量的書中對

6、此公式中的溫差有特殊的說明或要求.這就導(dǎo)致了人們在使用該公式時的0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ T=T2-T1即可計算出微波功率的大小的公式并沒有規(guī)定溫度的上限或下限，長期以來，人們在利用該公式時從未想到過由于水的是溫度 T 的函數(shù)這樣一個客觀事實(shí)。例如測得同樣的溫差 T，但當(dāng) T220與 T230時卻會產(chǎn)生微波輸出功率相差達(dá) 1.31倍之多！四、含水物質(zhì)的介質(zhì)損耗含水物質(zhì)的介質(zhì)損耗主要取決于水的介質(zhì)損耗，在這些物料中，吸附水0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ MC，在 MMC 時，曲線變化較陡，這時材料中主要是自由水。在 I 區(qū)內(nèi)，被束縛在材料表面單分子層里的水分子比起存在于毛細(xì)管或微隙中的自由水更不易旋轉(zhuǎn)，因此馳豫損耗要比自由水小得多，且與濕度 M 的關(guān)系平坦。對低吸濕材料（圖中的虛線）這一臨界濕度 MC 并不存在，這種材料在微波加熱過程中要達(dá)到濕度平衡0c59f8ea 工業(yè)微波設(shè)備 http:/ MC 在（1040）%之間，如木材、羊毛、皮革等，而低吸濕材料的 MC 約為 1%如砂