標籤: 暫無標籤

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波,是無線電波中一個有限頻帶的簡稱,即波長在1米(不含1米)到1毫米之間的電磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高,通常也稱為「超高頻電磁波」。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性。對於玻璃、塑料和瓷器,微波幾乎是穿越而不被吸收。對於水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西,則會反射微波。

1 微波 -概述

微波微波天線

微波是指波長介於紅外線和特高頻(UHF)之間的射頻電磁波。微波的波長範圍大約在 1m 至 0.1mm 之間,所對應的頻率範圍是 0.3 GHz 至 3000GHz。這段電磁頻譜包括分米波、 厘米波和毫米波等波段。微波頻率比一般的無線電波頻率高,通常也稱為「超高頻電磁波」。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性,微波量子的能量為1 99×l0 -25~ 1.99×10-22j。  這些關於微波的波長或頻率範圍,是傳統上的約定。現代微波技術一般認為短於1毫米的電磁波(即亞毫米波)即屬於微波範圍。 

從電子學和物理學的觀點看,微波這段電磁譜具有一些不同於其他波段的特點。

電子學方面:微波的特點表現在它的波長比地球上很多物體和實驗室中常用器件的尺寸相對要小很多,或在同一量級。這和人們早已熟悉的普通無線電波不同,因為普通無線電波的波長遠大於地球上一般物體的尺寸。當波長遠小於物體(如飛機、船隻、火箭、建築物等)的尺寸時,微波的特點和幾何光學相似。利用這個特點,在微波波段能製成高方向性的系統(如拋物面反射器)。當波長和物體(如實驗室中的無線電設備)的尺寸有相同量級時,微波的特點又與聲波相近,例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;諧振腔類似於共鳴箱等。波長和物體尺寸在同一量級的特點,提供了一系列典型的電磁場邊值問題。 

物理學方面:分子、原子與核系統所表現的許多共振現象都發生在微波的範圍,因而微波為探索物質的基本特性提供了有效的研究手段。 

由於這些特點,微波的產生、放大、發射、接收、傳輸、控制和測量等一系列技術都不同於其他波段(如微波電子管、微波測量等)。

2 微波 -產生原理

微波通常由直流電或50Hz交流電,通過一些特殊的器件來獲得。可以產生微波的器件有許多種,但主要分為兩大類:半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件,或稱之為電子管。在電真空器件中能產生大功率微波能量的有磁控管、多腔速調管、微波三、四極管、行波管等。現代微波加熱領域特別是工業應用中使用的主要是磁控管及速調管。  

3 微波 -發展歷程

技術發展

微波成為一門技術科學,開始於20世紀30年代。微波技術的形成以波導管的實際應用為其標誌。若干形式的微波電子管(速調管、磁控管、行波管等)的發明,是另一標誌。

在第二次世界大戰中,微波技術得到飛躍發展。因戰爭需要,微波研究的焦點集中在雷達方面,由此而帶動了微波元件和器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究和發展。微波技術已成為一門無論在理論和技術上都相當成熟的學科,又是不斷向縱深發展的學科。

微波振蕩源的固體化以及微波系統的集成化是現代微波技術發展的兩個重要方向。固態微波器件在功率和頻率方面的進展,使得很多微波系統中常規的微波電子管已為或將為固體源所取代。固態微波源的發展也促進了微波集成電路的研究。 微波的最重要應用是雷達和通信。

學科發展

微波與其他學科互相滲透而形成若干重要的邊緣學科,其中如微波天文學、微波氣象學、微波波譜學、量子電動力學、微波半導體電子學、微波超導電子學等,已經比較成熟。微波聲學的研究和應用已經成為一個活躍的領域。微波光學的發展,特別是70年代以來光纖技術的發展,具有技術變革的意義。

4 微波 -性質

微波的基本性質通常呈現為穿透、反射、吸收三個特性。對於玻璃、塑料和瓷器,微波幾乎是穿越而不被吸收。對於水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西,則會反射微波。

穿透性
微波模擬的有限宇宙微波背景輻射圖象

微波比其它用於輻射加熱的電磁波,如紅外線、遠紅外線等波長更長,因此具有更好的穿透性。微波透入介質時,由於介質損耗引起的介質溫度的升高,使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫,形成體熱源狀態,大大縮短了常規加熱中的熱傳導時間,且在條件為介質損耗因數與介質溫度呈負相關關係時,物料內外加熱均勻一致。

似光性和似聲性

微波波長很短,比地球上的一般物體(如飛機,艦船,汽車建築物等)尺寸相對要小得多,或在同一量級上。使得微波的特點與幾何光學相似,即所謂的似光性。因此使用微波工作,能使電路元件尺寸減小;使系統更加緊湊;可以製成體積小,波束窄方向性很強,增益很高的天線系統,接受來自地面或空間各種物體反射回來的微弱信號,從而確定物體方位和距離,分析目標特徵。   

由於微波波長與物體(實驗室中無線設備)的尺寸有相同的量級,使得微波的特點又與聲波相似,即所謂的似聲性。例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似與聲學喇叭,蕭與笛;微波諧振腔類似於聲學共鳴腔。

非電離性

微波的量子能量還不夠大,不足與改變物質分子的內部結構或破壞分子之間的鍵。再有物理學之道,分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現的許多共振現象都發生在微波範圍,因而微波為探索物質的內部結構和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面,利用這一特性,還可以製作許多微波器件。

信息性

由於微波頻率很高,所以在不大的相對帶寬下,其可用的頻帶很寬,可達數百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大,所以現代多路通信系統,包括衛星通信系統,幾乎無例外都是工作在微波波段。另外,微波信號還可以提供相位信息,極化信息,多普勒頻率信息。這在目標檢測,遙感目標特徵分析等應用中十分重要。

選擇性加熱

物質吸收微波的能力,主要由其介質損耗因數來決定。介質損耗因數大的物質對微波的吸收能力就強,相反,介質損耗因數小的物質吸收微波的能力也弱。由於各物質的損耗因數存在差異,微波加熱就表現出選擇性加熱的特點。物質不同,產生的熱效果也不同。水分子屬極性分子,介電常數較大,其介質損耗因數也很大,對微波具有強吸收能力。而蛋白質、碳水化合物等的介電常數相對較小,其對微波的吸收能力比水小得多。因此,對於食品來說,含水量的多少對微波加熱效果影響很大。

熱慣性小

微波對介質材料是瞬時加熱升溫,能耗也很低。另一方面,微波的輸出功率隨時可調,介質溫升可無惰性的隨之改變,不存在「餘熱」現象,極有利於自動控制和連續化生產的需要。

5 微波 -物理效應

熱效應
微波微波爐

微波對生物體的熱效應是指由微波引起的生物組織或系統受熱而對生物體產生的生理影響,熱效應主要是生物體內有極分子在微波高頻電場的作用下反覆快速取向轉動而摩擦生熱;體內離子在微波作用下振動也會將振動能量轉化為熱量;一般分子也會吸收微波能量后使熱運動能量增加。

如果生物體組織吸收的微波能量較少,它可藉助自身的熱調節系統通過血循環將吸收的微波能量(熱量)散發至全身或體外,如果微波功率很強,生物組織吸收的微波能量多於生物體所能散發的能量,則引起該部位體溫升高。局部組織溫度升高將產生一系列生理反應,如使局部血管擴張,並通過熱調節系統使血循環加速,組織代謝增強,白細胞吞噬作用增強,促進病理產物的吸收和消散等。

非熱效應

微波的非熱效應是指除熱效應以外的其他效應,如電效應、磁效應及化學效應等,在微波電磁場的作用下,生物體內的一些分子將會產生變形和振動,使細胞膜功能受到影響,使細胞膜內外液體的電狀況發生變化,引起生物作用的改變,進而可影響中樞神經系統等.微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經傳導電位、細胞活動膜電位等)的節律,會導致心臟活動、腦神經活動及內分泌活動等一系列障礙。對微波的非熱效應,人們還了解的不很多。當生物體受強功率微波照射時,熱效應是主要的(一般認為,功率密度在在10mW/cm2者多產生微熱效應。且頻率越高產生熱效應的閾強度越低);長期的低功率密度(1 m W/cm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應,

殺菌效應

微波殺菌是利用了電磁場的熱效應和生物效應的共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質變化,使細菌失去營養,繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應是微波電場改變細胞膜斷面的電位分佈,影響細胞膜周圍電子和離子濃度,從而改變細胞膜的通透性能,細菌因此營養不良,不能正常新陳代謝,細胞結構功能紊亂,生長發育受到抑制而死亡。此外,微波能使細菌正常生長和穩定遺傳繁殖的核酸[RNA]和脫氧核糖核酸[DNA],是由若干氫鍵鬆弛,斷裂和重組,從而誘發遺傳基因突變,或染色體畸變甚至斷裂。

6 微波 -應用領域

微波在雷達科技,ADS射線武器,微波爐,等離子發生器,無線網路系統(如手機網路,藍牙,衛星電視及WLAN技術等),感測器系統上均有廣泛的應用。

在技術領域協定使用的四個頻率分別為800MHz,2.45GHz,5.8GHz和13GHz。微波爐使用2.45GHz,此頻率亦被作為ISM波段,使用在航空通訊領域。

微波萃取

利用微波能來提高萃取率的一種最新發展起來的新技術。它的原理是在微波場中,吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質從基體或體系中分離,進入到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中;微波萃取具有設備簡單、適用範圍廣、萃取效率高、重現性好、節省時間、節省試劑、污染小等特點。目前,除主要用於環境樣品預處理外,還用於生化、食品、工業分析和天然產物提取等領域。在國內,微波萃取技術用於中草藥提取這方面的研究報道還比較少。

微波加熱

原理
微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電波,被加熱介質物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻電磁場作用下,其極性取向將隨著外電場的變化而變化。造成分子的相互摩擦運動的效應,此時微波場的場能轉化為介質內的熱能,使物料溫度升高,產生熱化和膨化等一系列物化過程而達到微波加熱乾燥的目的。

對食物安全性的影響

微波微波加熱相關漫畫

2012年5月16日,人民日報發表專題文章《專家稱微波爐加熱食品不會致癌》。專家表示,微波加熱是依靠物體吸收微波將其轉換成熱能的加熱方式。使用微波加熱,食品並未發生化學變化。中國農業大學食品學院副教授范志紅表示,微波只是加熱食物中的水分子,食品並未發生化學變化,不會產生致癌物。但是,如果食物加熱溫度過高,不管是微波加熱還是傳統方式,都可能產生致癌物。

加熱食物的溫度超過120℃,比如在煎炸薯條、薯片等的時候,氨基酸和碳水化合物反應可能產生丙烯醯胺類疑似致癌物;超過200℃,比如煎炸烹調魚肉時,蛋白質可能產生雜環胺類致癌物;超過300℃,比如烤羊肉串等肉類烹調不當發生焦糊時,食物中的脂肪會大量產生苯並芘類致癌物。微波加熱主要是加熱食物中的水,只要正常使用,水分沒有被蒸干,食物溫度會低於100℃,不會產生致癌物。

微波加熱注意事項

日常的瓷制碗盤以及用來煲湯的陶瓷鍋,都可以用於微波加熱。塑料要用能夠耐受100攝氏度的無毒塑料,最好是專用的微波爐塑料餐具。普通塑料袋不要用於微波加熱。

有膜或有外殼的食物不宜微波加熱,容易爆出。

脂肪含量高而水分含量低的食物,如乳酪、堅果、五花肉等,用微波加熱時要小心,因為水分少,溫度上升快,容易焦糊或炸開。

酸奶和其他含有活菌的食品不宜用微波加熱,因為會殺死有益菌,降低保健價值。

在使用微波加熱時,應保持50厘米以上距離,當微波爐停止工作時再打開拿取食品。微波爐工作時,不要用眼睛直視。

上一篇[《打銅鑼》]    下一篇 [X射線]

相關評論

同義詞:暫無同義詞