energia microundelor reacționează cu substanța
Pentru a înțelege ce se întâmplă în detrimentul încălzire într-un cuptor cu microunde, trebuie să îndeplinească anumite proprietăți ale substanței. Câmpul electromagnetic se manifestă ca magnetice, electrice și cum ar fi, dar din moment ce produsele preparate în cuptoarele cu microunde sunt dielectrici, efectul campului magnetic asupra lor este neglijabil și poate fi ignorat.
Proprietățile dielectrice ale materialelor ne pot interesa din două motive.
În primul rând, produsele preparate trebuie posibil să absoarbă energia microundelor, în caz contrar este posibil reflecție înapoi în magnetron cu toate consecințele sale.
În al doilea rând, în camera de microunde, există detalii de design dielectric (fereastră cu microunde, tăvi, etc.), care nu ar trebui să fie încălzit sub influența energiei microunde.
Dielectrici numita substanță de bază proprietate electrică, care este abilitatea de a polarizare, și în care poate exista un câmp electric. Un astfel de câmp poate fi menținută continuu în mass-media care efectuează numai slab curent electric.
Conductivitate - capacitatea de a conduce curentul electric - datorită prezenței în mediu de purtători de sarcină liberi - particule încărcate electric care se află sub influența unui câmp electric extern muta directionally prin grosimea materialului, creând un curent de conducție.
Substanțe Parametru care determină cantitativ conductivitatea, rezistivitatea de volum este # 961;, măsurată în ohmi per metru (Ohm * m).
purtătorilor de sarcină în dielectrici pot fi ioni, electroni și moliony - încărcat de particule coloidale. În dielectrici reale # 961; = 107 - 1018 Ohm * m, ceea ce, practic, înseamnă că nici un curent care curge prin ele.
Parametrul de material dielectric determină capacitatea sa de a rezista defalcare este Ebr puterea electrică - puterea câmpului electric în dielectric, care apare atunci când ajunge la descompunerea acestuia. Mecanismul de străpungere dielectrică poate avea un caracter diferit. Principalele tipuri sunt solide electrice defalcare dielectrică și căldură.
defalcare electrică este o defalcare a rigidității dielectrice a câmpului electric și este însoțită de formarea de avalanșe de electroni.
defalcare izolației se datorează încălzirii dielectrice la temperatura critică datorită pierderii dielectrice în dielectric în încălcarea echilibrului termic.
rezistența străpungere dielectrică a căldurii este de 1 - 10 kV / mm la electric - circa 100 - 1000 kV / mm.
În plus față de rezistivitatea de volum, de obicei referire pentru rezistivitate concizie solidelor dielectric este introdus ca un parametru ca rezistivitatea de suprafață # 961; S. Foarte des străpungere dielectrică apare exact pe suprafață, mai ales atunci când se lucrează în medii poluate sau umede.
Unul dintre cei mai importanți parametri este permitivitatea dielectrică a materialelor. Distinge permitivitate relativă # 949; r (anterior # 949;), iar permitivitatea absolută # 949; r # 949; pe (# 949, pe - sau constanta dielectrică, vechea terminologie permitivitatea vidului egal cu 8.854 x 10 -12 F / m).
Semnificația fizică a permitivității dielectrice - o măsură cantitativă a intensității procesului de polarizare. Polarizarea este un taxe asociate decalate sub acțiunea unui câmp electric extern. Principalele tipuri de polarizare sunt electronice, ionice și dipol.
Polarizarea electronic - deplasarea elastică a orbitelor electronilor în raport cu nucleele din atomii și moleculele sub câmp electric extern.
Ca un exemplu, considerăm un atom de hidrogen polarizare, constând dintr-un nucleu încărcat pozitiv și se rotește în jurul electroni. În cazul în care câmpul lipsește, centrul în jurul căruia se învârte un electron coincide cu centrul nucleului și, în consecință, taxele se anulează reciproc complet. În prezența unui electron câmp electric se deplasează în raport cu miez, așa cum se arată în Fig. 1, centrul de rotație al electronului și centrul nucleului și diverg în spațiul format de dipol. polarizare electronic are loc în toate izolatori, indiferent de prezența în ele a altor tipuri de polarizare.
Fig. orbită de electroni 1.Smeschenie sub influența unui câmp electric
Ionic polarizare - o deplasare elastică a ionilor încărcați opus în rețeaua cristalină. Prezent în materiale cristaline. Ion și polarizarea de electroni au loc fără pierderi de energie.
polarizare este caracteristic dipol dielectricilor polari. Moleculele polare au structura asimetrica. Centrele de greutate ale taxelor opuse ele nu coincid, și, prin urmare, în absența unui câmp electric extern, aceste molecule sunt dipoli. Un exemplu tipic al unei molecule de apă dielectricilor dipol este prezentată în Fig. 2.
Fig. apă 2.Molekula
O moleculă de apă constă dintr-un atom de oxigen si doi atomi de hidrogen. Legătura dintre atomii se realizează prin faptul că fiecare electron din atomii de hidrogen formează o pereche cu unul dintre atomii de oxigen, care este comună celor doi atomi. Deoarece dimensiunile și proprietățile atomilor de hidrogen și oxigen sunt diferite, prezența unei astfel de perechi de conduce la o schimbare a centrelor de sarcini pozitive și negative reciproc. Momentul dipol apare din faptul că axa dintre centrele centrului atomi de hidrogen și atomi de oxigen nu coincid. Unghiul este de aproximativ 105 între acestea °. Aceasta, la prima vedere, fapt nesemnificativ are consecințe profunde. apa ca proprietățile de solvent se datorează în primul rând existența moleculelor sale au un moment de dipol. Acest punct joacă un rol important în reacțiile chimice care au loc în prezența apei. Este greu de imaginat cum ar arăta lumea dacă atomii dintr-o moleculă de apă au fost plasate într-o linie dreaptă, ca și în alte substanțe. Probabil să-l uit ar fi nimeni.
Proprietățile dielectrice, constând din molecule polare sunt semnificativ diferite de alte tipuri de dielectrici cu polarizare. permitivitate relativă a lichidelor nepolare este aproape de 2, în timp ce pentru apa este aproximativ 80. REZUMAT dipol polarizare este rotită în direcția câmpului electric de dipol. În absența unui câmp electric molecule polare dielectrice externe care sunt în mișcare termică aleatoare, orientate aleatoriu (Fig. 3a) și orice direcție selectată este absentă.
Fig. 3Dipolnaya de polarizare dielectrică de câmpul electric extern.
Situația se va schimba atunci când dielectric plasat într-un câmp electric.
Forțele electrostatice vor căuta să se extindă dipoli de-a lungul liniilor de câmp. Ca rezultat al moleculelor dipolare orientate parțial de-a lungul câmpului și gradul de orientare va depinde de puterea câmpului aplicat.
În mod ideal dielectrice nici o purtatori de sarcina, astfel încât taxa net este întotdeauna zero. Atunci când introduce un dielectric într-un câmp electric extern, datorită orientării dipol de-a lungul liniilor de pe laturile opuse ale unui dielectric format taxe decompensate care creează câmpul intern în direcția opusă aplicată (Fig. 3b).
Ca urmare, câmpul total în izolator este mai mică decât câmpul în spațiu liber, ceteris paribus.
Astfel, constanta dielectrică poate fi considerată ca o măsură care caracterizează gradul de reducere a câmpului electric în izolator comparativ cu vid. Cu toate acestea, din punct de vedere al tehnicii de microunde este mai important ca viteza de propagare a undelor electromagnetice în materialul este proporțională cu √ # 949;.
Pentru a ilustra acest fapt și consecințele sale, ia în considerare imaginea din Fig. 4.
Fig. caracteristicile câmpului 4Izmenenie în waveguide când umplerea cu dielectric
Valul electromagnetic se propagă prin waveguide cu o viteză Vo și la un site se încadrează într-o zonă plină de dielectric. Ca rezultat, viteza scade √ # 949; timp, rezultând o reducere similară a lungimii de undă. Wave în dielectric deoarece este comprimat în direcția longitudinală. Energia câmpului electromagnetic, energia stocată în zonele delimitate de L1 și L2 lungime, la fel ca și mărimea parcelelor în figură sunt alese în așa fel încât să se potrivească exact o lungime de undă. Din aceasta putem trage următoarea concluzie calitativă: este mai mare constanta dielectrică a materialului, mai mare densitatea energiei electromagnetice stocate în acesta.
Estimările cantitative sunt mult mai complicate și depind de tipul de formă de undă dielectrice, etc. dar, pentru că este puțin probabil să ajute la repararea cuptorului cu microunde care cunoștințe, mai degrabă, doar complet confuz, am îngropa în junglă nu va.
Poate părea că există o anumită contradicție în concluziile obținute pe de o parte, din cauza polarizarea amplitudinii câmpului în dielectrice scade, iar pe de altă parte - crește energia stocată. Dar această contradicție aparentă.
În confirmarea acestor cuvinte da un exemplu din electrostatica. Dacă puneți un izolator, capacitatea sa și, în consecință, crește energia stocată între plăcile unui condensator convențional. În același timp, intensitatea câmpului electromagnetic dintre electrozi este redus. In teorie, waveguide poate fi reprezentat ca un circuit echivalent compus dintr-un set de inductanță și capacitate, și, prin urmare, exemplul de mai sus la condensator nu abstractizare goale, dar dovezi.
polarizare dielectrică determină o schimbare în câmp electric, nu doar în interiorul dar și în afara. Să vedem cum se întâmplă acest lucru. Să presupunem sferă dielectric (Figura 5) este plasat între plăcile unui condensator încărcat.
Fig. câmp electric 5.Izmenenie condensatorului atunci când este plasat între plăcile o minge de la dielectric sale polare
Ca urmare a polarizării, din apropierea polilor săi sunt formate în sarcini electrice papa de compensare dielectrică. Dar aceste taxe și de a crea un câmp electrostatic extern, așa cum este prezentat în Fig. 5b. Prin urmare, în afara mingea, precum și în interiorul acestuia, câmpul electric va consta din domeniu care ar exista în absența mingea și câmpul format de taxele polarizate dielectrică. Imaginea rezultată a câmpului este prezentată în Fig. 5c.
Exterior, se pare că liniile de câmp sunt trase în izolator. Uneori, este convenabil să se presupună că este mai mare # 949; r. cu atât mai puternic retragerea liniilor de câmp în interiorul dielectric. Dar este util să ne amintim că, de fapt, acest lucru este, desigur, nu se întâmplă. Toate acestea nu este nimic mai mult decât un fel de miraj electromagnetic.
Am examinat efectul dielectricului pe câmpul electrostatic al condensatorului. Același lucru se întâmplă în dinamica, dispozitive cu microunde, cu singura diferență fiind că amplitudinea câmpului este în continuă schimbare. (În unele materiale, cuptor cu microunde contribuie în continuare specificitatea sa. Aceasta are ca rezultat prezența fenomenelor de histerezis în care câmpul dipol se situează în urma fazei de câmpul magnetic extern).
Un alt parametru important al materialelor dielectrice sunt pierderi dielectrice. Acestea servesc pentru a determina energia electrică consumată pentru încălzirea dielectrică într-un câmp electric.
În literatura de referință pentru a caracteriza abilitatea dielectric de a absorbi energia unui câmp electric alternativ, folosind tangenta pierderi dielectrice tg # 948;. O astfel de termen este folosit complicate, deoarece intră direct în formula pentru puterea disipată în dielectric, și, prin urmare, ușor de calcule tehnice. Sensul fizic tg # 948; Acesta este după cum urmează: în cazul fără pierderi dielectrice în circuitul de curent capacitiv conduce tensiunea de 90 °. Prezența rezultatelor pierderilor într-o schimbare de fază între curent și tensiune, iar unghiul dintre ele devine mai mic de 90 ° cu o valoare # 948;.
Cantitativ, pierderile sunt proporționale cu # 948 BAFF,, prin urmare, gradul de utilizare a acestei magnitudine.
Luați în considerare două tipuri de bază de pierderi dielectrice.- Pierderea conductivitatea electrică detectată în dielectrici având o rezistivitate de volum redus. Astfel de dielectrici, în special, apa se referă. apa chimic pură este considerat un bun izolator, dar în natură nu este curat. (Pentru a face acest lucru, nu este necesar să se spele cizme). Apa este un solvent excelent și, prin urmare, conține întotdeauna o mulțime de impurități. Este cunoscut faptul că apa de mare conține toate elementele din tabelul periodic, inclusiv acele elemente a căror existență el știa doar. Prin urmare, conductivitatea apei este determinată nu atât de mult de moleculele de apă ca impuritățile conținute care se pot disocia în ioni încărcați pozitiv și negativ. Sub influența câmpului electric alternativ ionii încep să se miște într-un câmp cu pas variabil, împingând simultan apă de-a lungul calea moleculei și astfel transformând energia electrică în energie termică. În care concentrația de impurități nu trebuie să fie ridicată. Doar un singur ion într-o mie de molecule de apă la apă a încetat să mai fie trecut în descărcarea dielectrice și semiconductori. Amintiți-vă zicală despre zbura în unguent unguent: înțelepciunea populară pentru a stabili influența impurităților în această privință înainte de deschiderea a structurii sale moleculare.
- Pierderea de relaxare datorită rotației moleculelor polare în direcția liniilor de câmp electric. Fiecare rândul său, necesită o anumită cantitate de energie, mai ales în cazul în care interfera cu vecinii care trebuie să le împingă în afară și care, la rândul lor, se străduiesc să restituie la fel. Revenind la exemplul anterior, o mică schimbare a condițiilor inițiale vor ateriza alergător neliniștite, iar pe fiecare dintre pasageri rămași vor pune două rucsac pentru mai multe similitudini cu o moleculă de apă, și a făcut să se rotească în jurul axei sale. Este ușor să se presupună că, în acest caz, rezultatul este o creștere a temperaturii. Deoarece orientarea câmpului este inversată de două ori în cursul perioadei, mai mare frecventa, mai frecvent apare clarifica relațiile dintre moleculele și mai multă energie este transformată în căldură. Acest lucru continuă atâta timp cât frecvența nu depășește valoarea la care o moleculă din cauza inerției sale nu va mai avea timp să se dezvolte pe deplin în termen de o jumătate de ciclu. După aceasta vine o scădere cu creșterea frecvenței de pierderi, nu a intrat încă în vigoare, alte mecanisme de pierdere. Dar aceste zone ale spectrului de frecvențe este prea departe de gama noastră de interes, așa că le lăsa fără atenție.
Fig. 6 prezintă dependența coeficientului de absorbție # 945; apa pentru întregul spectru de frecvențe electromagnetice.
Fig. 6. Absorbția de apă a câmpului electromagnetic în funcție de frecvență
După cum putem vedea, pe energia de frecvență de microunde de operare este absorbit aproape de maxim, care oferă o bună conversie a energiei electromagnetice în energie termică.
pierderi dielectrice per unitate de volum dielectric, se face referire la pierderi specifice. Ele pot fi calculate cu ajutorul formulei:
E - câmp electric,
# 969; - frecvența circulară.
Din expresia de mai sus rezultă că, în pierderile de substanță sunt determinate de constanta dielectrică a produsului # 949; pe tg # 948;. Acest produs este uneori denumit factor de pierdere ca dielectric. Pentru a reprezenta gradul de încălzire a unei substanțe într-un câmp electric, este necesar să se cunoască # 949; și tg # 948;. Acești parametri sunt unele substanțe prezentate în tabelul 1.
Analizând datele prezentate în tabel, este ușor pentru a determina materialele care pot fi folosite pentru fabricarea pieselor auxiliare în interiorul camerei. De exemplu, teflon, polietilenă, mică - având un coeficient foarte redus de pierderi specifice.
Pe de altă parte, este ușor de prezis rezultatul borcane de încălzire cu ulei de transformator în cuptor cu microunde „Electronics“ având textolit șicană în partea superioară a camerei. Această partiție va arde înainte de ulei este încălzit timp de cel puțin câteva grade.
Mult noroc în reparații!
conţinut special
Reparare de mașini de spălat
Reparație de echipament de refrigerare
reparații mașini de cusut
Repararea de mașini de spălat vase
cuptoare cu microunde, cuptoare electrice, și