微波频率下水的介电特性的探讨

1、一、概述水在人们日常生活中是一种极其普通而又非常重要的资源,大家一刻也离不开它.工业生产中也是如此,尤其是在工业微波加热应用中,由于被加热物料中都不同程度地含有一定的水份,因此人们希望了解水在微波频率下的一些特性,即通常所说的介电特性.尽管近百年来各国科学家曾对水的介电特性进行了大量的研究,得出了许多人们所期望的特性.但到目前为止,这一研究并未停止,说明尚有许多人们并不彻底了解的特性需要探索.这也是为什么每年都要召开一次”电磁波与水及含水物质的相互作用”的国际会议的原因.今年五月在德国中部的维玛城召开了由”国际电磁测水0c59f8ea 工业微波设备 http:/ 工业微波设备 http:/ 6

2、.025个分子。水的分子式为H2O,但其中两个氢原子与一个氧原子却不在一条直线上，而相互间形成的夹角，正因为如此结构，使其分子的正负极性分离，于是形成了微观上的偶电距，因此是一种强极性物质。由于它的极化驰豫时间正好与微波周期相近，因此对微波具有良好的吸收效应，这种偶极子转向极化正是微波损耗的物0c59f8ea 工业微波设备 http:/ 100 焦耳/摩尔，常存在于各种毛细间隙中；2.束缚水这是一种以物理化学结合的水，它的结合能为 3000 焦耳/摩尔，它与自由水相比，结合能要大 30 倍以上，它常吸附在介质表面与介质分子化学结合在一起，比较牢固，受分子间作用力的约束。0c59f8ea 工业微

3、波设备 http:/ 5000 焦耳/摩尔。由于这三类水结合能的巨大差别，因此对微波加热来说去除自由水最为容易，只要在微波电场作用下，水分子达到蒸发或汽化的温度，即可从介质间隙或毛细管中渗出或导出；但对束缚水来说却要困难的多，束缚水与自由水的驰豫时间也不相同，前者的损耗峰存在于 1 千兆赫附近，而后者却存在于 1825 千兆赫之间，并且与温度有关。要用微波去除结晶水更显得困难。由于目前微波加热应用中许多材料都含有不同程度的水分（包括自由水和束缚水），如烟草、棉花、木材、木板、皮0c59f8ea 工业微波设备 http:/ 95时的是 5的十分之一左右，这就是说，低温的损耗要大于高温时的损耗。表

4、一水的介质温度特性 f3 千兆赫形态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 因此微波在高温时的渗透0c59f8ea 工业微波设备 http:/ 工业微波设备 http:/ T2575范围内，有一经验公式提供了计算的方法，这就是320/T（）水的另一个特点即当水温降至零度时，液态向固态转变成了冰。这时和都会产生急剧下降，在 T=-12时，变得非常之小，变成了非极性物质，约为常温下

5、的千分之一。正是由于这个特性，才导致普通人们在使用家用微波炉解冻冰冻食品时由于受习惯思维的约束，每次都是以失败而告终，因为大家不知道，利用微波解冻绝对不能回热到零度以上达到与鲜货时类似，而只能回热到-4-2左右即可，否则就保证不了部分地方会产生热斑，这一热斑正是由于局部0c59f8ea 工业微波设备 http:/ 10 度,而温升后的上限温度为20 度，即规定了温差为 10 度,并且终点温度为 20度.而转为测量达到这一温差所需的加热时间,最后由公式计算出输出功率.而不像人们目前常常采取的在一定加热时殓内测量温升后的温差,再由公式计算出输出功率.到目前为止,尚未见到任何一本有关微波测量的书中对

6、此公式中的温差有特殊的说明或要求.这就导致了人们在使用该公式时的0c59f8ea 工业微波设备 http:/ T=T2-T1即可计算出微波功率的大小的公式并没有规定温度的上限或下限，长期以来，人们在利用该公式时从未想到过由于水的是温度 T 的函数这样一个客观事实。例如测得同样的温差 T，但当 T220与 T230时却会产生微波输出功率相差达 1.31倍之多！四、含水物质的介质损耗含水物质的介质损耗主要取决于水的介质损耗，在这些物料中，吸附水0c59f8ea 工业微波设备 http:/ MC，在 MMC 时，曲线变化较陡，这时材料中主要是自由水。在 I 区内，被束缚在材料表面单分子层里的水分子比起存在于毛细管或微隙中的自由水更不易旋转，因此驰豫损耗要比自由水小得多，且与湿度 M 的关系平坦。对低吸湿材料（图中的虚线）这一临界湿度 MC 并不存在，这种材料在微波加热过程中要达到湿度平衡0c59f8ea 工业微波设备 http:/ MC 在（1040）%之间，如木材、羊毛、皮革等，而低吸湿材料的 MC 约为 1%如砂