分子内部的物理基础

微波加热—分子内部的物理基础知识

微波加热是介电加热的一种形式,即低电导率的物质在高频电场的环境中能产生热量。 能够被微波加热的物质必须拥有一个不对称的分子结构,比如水分子。这种结构的分子形成电偶极子,在电场的作用下, 电偶极子的排列方向总是试图与电场方向一致(如图1右)。这种取向极化正是能量产生的原因。空间电荷极化的机制详见"分子间的能量转换"。

Molecular oscillations of polatizable substances

图1: 极性物质在交替变化电场影响下的分子震荡

分子间的能量转换

交变电磁场可导致偶极分子产生震动以对高频场的极性改变做出反应。分子间的相互摩擦产生高频热量,这部分高频能量首先被吸收然后转化成热量。具有对称分子结构的物质,如苯,不能在高频场加热,因为它们缺少必要的偶极子特性。除了偶极子分子,自由移动离子也可以受到交变电场的影响。这些流动的自由离子的相互碰撞导致电阻加热(图1,左侧)。

由于这些碰撞和随后转变成热能,这部分高频能量也被吸收了。一般来说,这部分转换的能量,特别是在唯一采用的2450MHz频率之下,与偶极子震动产生的那部分能量相比是相对较小的。然而,电解质、盐溶液、玻璃和陶瓷在高温时是一个例外。对于这些物质,随着频率的减小热量增长很快,这可能是由于离子的运动造成的。