Wynalezienie sposobów gotowania jedzenia i używania ognia odegrało wielką rolę w ewolucji ludzi. Nauczyliśmy się używać ognia do gotowania, topienia metale , dla procesów produkcyjnych w przemyśle itp. Ale największy przełom nastąpił, gdy wymyśliliśmy sposoby robienia tych samych rzeczy bez użycia ognia. Z biegiem czasu i rozwijanie technologii , opracowaliśmy wiele alternatyw do wykorzystania zamiast ognia w procesach ogrzewania. Jednym z takich niezwykłych wynalazków jest zasada „ogrzewania dielektrycznego”. Zobaczmy, jak działa ta zasada i jak jest stosowana.
Co to jest ogrzewanie dielektryczne?
Definicję nagrzewania dielektrycznego można określić jako - „proces nagrzewania materiału poprzez wywołanie ruchu dielektryka w jego cząsteczkach za pomocą zmienne pola elektryczne „. Wszystkie materiały składają się z cząsteczek złożonych z atomów. Plik Schemat obwodu grzewczego dielektryka pokazano poniżej.
Cząsteczki polarne zawierają elektryczne momenty dipolowe. Kiedy takie cząsteczki są wystawione na działanie pola elektrycznego, próbują ustawić się w kierunku pola. Kiedy przyłożone pole oscyluje, te cząsteczki materiału podlegają rotacji, aby utrzymać się w linii z polem. Kiedy pole zmienia kierunek, te cząsteczki również odwracają swój kierunek. Ten proces nazywa się „rotacją dielektryczną”.
Temperatura cząsteczek jest związana z energią kinetyczną cząsteczek. Podczas rotacji dielektrycznej cząsteczek wraz ze wzrostem energii kinetycznej cząsteczek wzrasta temperatura cząsteczek. Kiedy cząsteczki zderzają się lub wchodzą w kontakt z innymi cząsteczkami, ta energia przenosi się na wszystkie części materiału, nagrzewając materiał.
Tak więc rotacja dielektryka w materiał jest często określane jako ogrzewanie dielektryczne materiału. Ogrzewanie to odbywa się za pomocą pól elektrycznych o częstotliwościach RF lub pól elektromagnetycznych. Zastosowane pole powinno oscylować, aby nastąpiła rotacja dielektryka. Częstotliwość i długość fali przyłożonego pola również wpływają na działanie systemu.
Praca z ogrzewaniem dielektrycznym
Jak opisano poniżej, schemat obwodu dielektrycznego systemu grzewczego składa się z dwóch metalowych płytek, do których przykładane jest pole elektryczne. Materiał do podgrzania umieszcza się pomiędzy tymi dwoma metalami. Istnieją dwa rodzaje sposobów ogrzewania materiału za pomocą procesu ogrzewania.
Ogrzewanie falami o niskiej częstotliwości jako efekt pola bliskiego oraz ogrzewanie falami o wysokiej częstotliwości za pomocą fal elektromagnetycznych. Różny jest także rodzaj materiałów ogrzewanych tymi różnymi rodzajami fal.
Fale o niskiej częstotliwości mają większe długości fal. Dzięki temu mogą przenikać przez nieprzewodzące materiały głębiej niż fale elektromagnetyczne. Systemy wykorzystujące pola o niskiej częstotliwości powinny mieć odległość między promiennikiem a absorberem mniejszą niż 1 / 2π długości fali. Tak więc proces ogrzewania za pomocą pola elektrycznego o niskiej częstotliwości jest procesem zbliżonym do kontaktu.
Systemy o wyższej częstotliwości mają mniejsze długości fal. Fale elektromagnetyczne i mikrofale są używane w tych systemach. W tych systemach odległość między metalowymi płytami jest większa niż długość fali przyłożonego pola. W tych systemach między metalowymi płytami powstają konwencjonalne fale elektromagnetyczne dalekiego pola.
Zastosowania ogrzewania dielektrycznego
Zasada ogrzewania dielektrycznego wykorzystująca pola elektryczne o wysokiej częstotliwości została zaproponowana w latach trzydziestych XX wieku w Bell Telephone Laboratories. Zmieniając częstotliwość pól elektrycznych, systemy dielektryczne są przeznaczone do wielu rodzajów zastosowań.
Kiedy używane są mikrofale
W tym ogrzewaniu dielektrycznym 2,45 GHz z mikrofale częstotliwości Jest używane. Przykładem tego typu zastosowań są kuchenki mikrofalowe stosowane w domu. Systemy te zapewniają mniej przenikliwy i wysoce wydajny system grzewczy. Mikrofalowe ogrzewanie wolumetryczne zapewnia większą głębokość penetracji. Tak więc to ogrzewanie jest wykorzystywane do ogrzewania cieczy, zawiesin i ciał stałych na skalę przemysłową.
Kuchenka mikrofalowa
Mikrofalowe ogrzewanie wolumetryczne stosuje się do pasteryzacji, pasteryzacji Flash, chemii mikrofalowej, sterylizacji, konserwacji żywności, produkcji biopaliw itp.
Kiedy używane są częstotliwości radiowe
- Dielektryk RF często znajduje zastosowanie w uprawach roślin.
- Ten rodzaj ogrzewania służy do zabijania niektórych szkodników w żywności po zbiorze plonów.
- Ten rodzaj ogrzewania może równomiernie ogrzewać materiały.
- Ten rodzaj ogrzewania może szybko przetwarzać żywność.
- Diatermia, proces ogrzewania mięśni za pomocą fal radiowych do terapii mięśni, wykorzystuje ten rodzaj ogrzewania.
- Proces zwany terapią hipertermiczną, w którym przyzwyczaja się do wyższych temperatur
- zabić tkanki nowotworowe i nowotworowe, stosuje się ogrzewanie o częstotliwościach RF
Przetwórstwo spożywcze
W przypadku wypieku ciastek na linii produkcyjnej ogrzewanie dielektryczne RF skróci czas pieczenia. Ciastka o odpowiednim rozmiarze, kształcie i kolorze można wytwarzać w piecu, ale ogrzewanie RF może usunąć pozostałą wilgoć z już wysuszonych części herbatników.
- Ogrzewanie RF może zwiększyć wydajność piekarnika używanego w fabrykach żywności nawet o 50%.
- Produkty zbożowe dla niemowląt i płatki śniadaniowe są poddawane obróbce wtórnej przez ogrzewanie dielektryczne RF.
- Do suszenia żywności stosuje się pieczenie dielektryczne wraz z pieczeniem konwencjonalnym.
- Zastosowanie dielektryka elektromagnetycznego do pieczenia zapewnia lepszą jakość potraw.
- Właściwości odżywcze i sensoryczne żywności można zachować podczas przetwarzania żywności, stosując elektromagnetyczne ogrzewanie dielektryczne, ponieważ wyższe temperatury przetwarzania można osiągnąć w krótszym czasie.
Ogrzewanie dielektryczne już od czasu jego wynalezienia jest stosowane w różnych formach. Od niesamowitego jedzenia edytor w precyzyjnej metodzie elektrochirurgii dielektryk znalazł zastosowanie w prawie każdej dziedzinie nauki.
Konfigurację mechanizmu ogrzewania dielektrycznego można postrzegać jako podobną do struktury kondensator . W kondensatorze dielektryk jest umieszczony pomiędzy dwiema przewodzącymi płytkami, a prąd jest wytwarzany w dielektryku. Natomiast w systemie ogrzewania dielektrycznego materiał do podgrzania umieszcza się pomiędzy dwiema płytami przewodzącymi, do których przykładane jest pole elektryczne i wewnątrz materiału wytwarzane jest ciepło.
Dzisiaj ogrzewanie dielektryczne znalazł wiele zastosowań w rolnictwie, do wdrażania wielu metod zwalczania szkodników. Pole elektryczne zastosowane w kuchence mikrofalowej jest polem o niższej lub wyższej częstotliwości?
