微波与材料的相互作用

微波与材料的相互作用

    当微波在传输过程中遇到不同材料时，会产生反射、吸 收和穿透现象。这些作用和其程度、效果取决于材料本身的几个主要的固 有特性：介电常数“）、介质 损耗角正切(化^简称介质损 耗〉、比热、形状、含水量的 大小等。

    1-常用材料

在微波加工系统中，常用的材料有导体、绝缘体、介质、 极性和磁性化合物几类。

   （1）导体一定厚度以上的导体，如铜、银、铝之类的 金属，能够反射微波，因此在微波系统中，常利用导体反射微波的这种特殊的形式来传播微波能量.例如微波装置中常 用的波学管，就是矩形或圆形的金属管，通常由铝或黄铜制 成。它们像光纤传导光线一样，是微波的通路。

(2）绝缘体在微波系统中，绝缘体有其完全不同于普 通电路中的地位。绝缘体可透过微波，并且它吸收的微波功 率很小。微波和绝缘体相互间的影响，就像光线和玻璃的关 系一样，玻璃使光线部分地反射，怛大部分则透过，只有很 少部分被吸收。在微波系统中，根据不同情况使用着玻璃、陶 瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料之类的绝缘体，它们常作为反 应器的材料。由于这种“透明”特性，在微波工程中也常用 绝缘体材料来防止污物进入某些要害部位，这时的绝缘体就 成为有效的屏障。

(3）介质 对微波而言，介质具有吸收、穿透和反射的 性能。介质通常就是被加工的物料，它们不同程度地吸收微 波的能量，这类物料也称为有耗介质。特别是含水和含脂肪 昀食品，它们不同程度地吸收微波能量并将其转变为热量。

  （4）极性和磁性化合物这类材料的一般性能非常像介 质材料，也反射、吸收和穿透微波。应当指出，由于微波能 量具有能对介质材料和有极性、磁性的材料产生影响的电场 和磁场，因此许多极性化合物、磁性材料同介质材料一样，也 易于作微波加工材料。

2.微波对介质的穿透性质

微波进入物料后，物料吸收微波能并将其转变为热能，微 波的场强和功率就不断地被衰减，即微波透入物料后将进入 衰减状态。不同的物料对微波能的吸收衰减能力是不同的，这 隨物料的介电特性而定。衰减状态决定着微波对介质的穿透 能力。

渗透深度（穿透深度）当微波进入物料时，物料表 面的能量密度是最大的，随着微波向物料内部的渗透，其能 量呈指数衰减，同时微波的能量释放给了物料。

渗透深度可表示物料对微波能的衰减能力的大小。一般 它有两种定义：

①渗透深度为微波功率从物料表面减至表面值的1八 时的距离，用乃5表示，6为自然对数底值。

②微波功率从物料表面衰减到表面值的1/2时的距离， 即所谓半功率渗透深度0/2，，其表示式为

渗透深度随波长的增大而变化，换言之，它与频率有关， 频率越高，波长越短，其穿透力也越弱^在2 4501^1^时，微 波对水的渗透深度为1. 3啦，在915^2时增加到200111；

2 450^^2时，微波在空气中的渗透深度为12. 20111； 915^92 时为 33，001X1。

由于一般物体的X々丨〜1，微波渗透深度与所使用 的波长是同一数量级的，这些结论也揭示了一个电磁场穿透 能力的物理特性。由此可知，目前远红外线加热常用的波长 仅为十几个纳米，因此，与红外、远红外线加热相比，微波 对介质材料的穿透能力要强得爹。

穿透能力差的加热方式，对物料只能进行表层加热，从整个物料的加热情况来看，属热传导加热范畴。而微波依靠 其穿透能力较强的特点，能深入物料内部加热，使物料表里 几乎同时吸热升温形成体热状态加热，其加热方式显然有别 于热传导加热，由此，微波加工工艺带来一系列不同的加热效果。