微波炉的加热机理

    1．微波基础知识    微波是频率非常高的电磁波，波长为1 mm～1 m，其相应频率为300 MHz～300000 MHz，属超高频波段。其低端与无线电的超短波波段相接，高端与远红外波段相接。为防止微波对无线电通信、广播、雷达等的干扰，国际上规定，供工业、科研、医学、干爆与加热使用的微波有四段，微波加热与干燥频段如表7-3所示。目前家用微波炉采用(2450±25)MHz频段。    表7-3    微波加热与干燥频段
    频率/MHz     波段     中心波长/m 890～940     L     0.330 2400～2500     S     0.122 5720～5870     C     0.052 22000～22250     K     0.008     微波是一种高频率的电磁波，在传输过程中，遇到不同的物质会表现出反射、穿透、被吸收三种不同的特性。    (1)反射性。微波在传输过程中，如遇到金属就会反射回来。根据微波的反射性，微波炉的炉腔都用钢板或不锈钢板制成，使微波在炉腔内来回反射穿透食物，增强热效率。正是由于这种原因，微波炉中使用的加热器皿不能用金属制作。    (2)穿透性。微波对一般的陶瓷、玻璃、耐热塑胶、木器、竹器、纸板等绝缘材料，能够穿透。所以，这些绝缘介质是制造微波炉加热器皿的最佳材料。    (3)吸收性。各类食品都可吸收微波，微波使食物内的分子振荡、摩擦而产生热能。微波对各种食物的穿透程度，因其质量、厚薄、形状等因素的差异而有所不同。    2．微波加热机理    从分子结构来看，物质可分为两类：一类分子，在无外加电场时，内部的正负电荷中心重合，叫无极性分子；另一类分子，即使在无外加电场时它内部的正负电荷中心也不重合，叫有极性分子。有极性分子又叫电偶极子或偶极子。极性分子在电场中的状态如图7-28所示。
    图7-28    极性分子在电场中的状态图    在没有外加电场时，尽管有极性分子的每个偶极子正负电荷中心并不重合，但分子的热运动使偶极子的排列杂乱无章，因此，整个电介质呈中性，如图7-28(a)所示。    如果把这种电介质放到外电场中，在电场力的作用下，每个偶极子就会沿外电场力的作用方向取向。电介质表面感应出了极性相反的电荷，称为极化，如图7-28(b)所示。    外电场越强，极化作用越强。外加电场消失时，分子又变成无序状态，如图7-28(c)所示。当外加电场以相反的方向再次施加时，极性分子也随之以相反的方向有序地排列，如图7-28(d)所示。    若外加电场方向反复变动，则极性分子便会相应地随之反复摆动，如图7-28(e)所示。在摆动过程中，分子间发生摩擦而产生热。    如果将极性分子物质放到频率达2450 MHz的交变电场中，电场方向每秒变换24.5亿次，则极性分子也会随之摆动24.5亿次。分子的热运动和相邻分子间的摩擦作用更剧烈，产生大量的摩擦热，完成电磁能向热能的转换，变成宏观的微波加热。对极性物质而言，微波加热所产生热量的多少除与物质性质有关外，还与电场强度和频率密切相关。