기초적인 계산 방법

용적에서의 열을 생성하는 필수적인 요소는 마이크로웨이브장의 전기장강도, 주파수, 그리고 마이크로웨이브파워분산(방정식 1)으로 대표되는 재료의 유전가열적인 특성들이다.

P''' = 2π f εO εr '' Ε2 inW / m3

P´´´ = W/m3로 측정된 용적에너지 밀도
f = Hertz로 측정된 가동 주파수
εo = 무점유공간의 허용치 = 8.85 x 10 minus AS/Vm
ε r´´ = 유전가열적인 손실 요인 = 복수 허용치의 허수 부분
Ε = V/m로 측정한 전기장 강도(유효값)

손실 요인은 주파수(그림 3)와 온도에 의존한다.

대체적으로, 표면의 손실 계수가 높으면 높을수록, 물체는 마이크로웨이브 장에서 더 가열이 잘 된다 고 얘기하고 있다. 물과 모든 물을 함유한 물체들이 높은 손실계수를 갖고 있으며 따라서 고주파에너지를 흡수하고 마이크로웨이브에너지를 특별히 더 잘 흡수한다. 마이크로웨이브파방사를 향한 흡수활동에 따라서 재료는 3개의 그룹으로 분류할 수 있다:

  • 흡수제, 즉 물( εr’’ = 섭씨 25도에서 12), 물을 함유한 물질(실제로 모든 식품류), 다양한 종류의 플라스틱 제품
  • 투명제품들, 즉 도자기용 수정유리(εr’’ = 0.0023), 테프론
  • 반사쳬, 즉 금속, 흑연

약 εr’’ = 0.01의 손실계수로 까지 물체는 마이크로웨이브장에서 가열을 할 수 있다. 손실계수가 이 값 이하여야 하면 희망하는 물체의 특성들을 변화시키는 보다 높은 손실계수를 갖고 있는 첨가물과 혼합될 가능성이 아직도 있다.

여러 애플리케이션에서, 예외적으로 높은 전기장의 강도가 특수한 최적화 절차를 거친 후에 가열된 재료들 내에서 발생될 수 있다

물체의 손실계수가 온도와 관계하여 너무 많이 변한다면, 불규칙한 가열이 일어난다. 예를 들어, 동결된 재료를 해동시키자 마자 해동된 부분들이 동결된 부분보다도 더 집중적으로 마이크로웨이브를 흡수한다.

다음의 예는 실제의 공정에서 늘 직면하는 파워밀도의 값을 나타 내주기 위하여 통상적인 입력 값을 가진 방정식(1)의 사용을 나타내 준다. 물(섭씨 50도의 온도, εr’’ = 5.1)로 가득 찬 플라스크가 가열 챔버에서 가열되고 2kV/m의 평균전기장강도에 노출된다. 여기서, 물의 내부에 분사된 파워밀도는 2450Mhz에서 약 2800kW/m3=2.8W/cm3에 이른다.

따라서, 다음의 방정식에 따라 물의 가열이 이어 진다

υ = Ρ'' с Ρ * ρ = 2800 kW / m 3 988 kg / m 3 * 4.18kJ / (kg * K)

가열챔버에서의 전기장강도의 배급, 즉 공간적인 좌표의 기능으로서의 전기장 강도는 사용한 마이크로웨이브 제너레이터, 품질, 수와 마이크로웨이브의 결합장소의 배열, 챔버의 기하학, 기하학과 가열물질의 기하학과 물리적인 특성(εr’’)과 주변의 금속벽의 반사특성등에 좌우된다.

연구개발에 있어, 숫자상의 절차의 도움을 받아 전기장 강도의 공급을 미리 파악하는 시도를 하였다. 그러나, 이 일은 전자석파장이 재료를 침투할 때 회절과 굴절이 일어남에 따라서 매우 어려운 것으로 드러나고 있다. 기하학적인 모양에 따라서, 마이크로웨이브파워집중은) 특정한 내부의 면적의 용적(렌즈 섬광)에서 뿐만 아니라 구석과 가장자리에서 일어난다. 이러한 여러 매개변수중에서 상호관계내에서의 복합성 때문에 전기장강도의 배분의 계산이 단순하고 이상적인 배열 에서만 가능하다. 따라서, 마이크로웨이브가열설비의 가열챔버의 설계는 경험과 시험가동에 강하게 의존한다.