Invenția modalităților de a găti mâncarea și de a folosi focul a jucat un rol important în evoluția ființelor umane. Am învățat să folosim focul pentru a găti, pentru a topi metale , pentru procesele de producție din industrii etc. Dar cea mai mare descoperire a venit atunci când am inventat modalități de a face aceleași lucruri fără a folosi focul. Cu cursul timpului și dezvoltarea tehnologiilor , am dezvoltat multe alternative de utilizare în loc de foc pentru procesele de încălzire. Una dintre aceste invenții remarcabile este principiul „încălzirii dielectrice”. Să vedem cum funcționează acest principiu și cum se aplică.
Ce este încălzirea dielectrică?
Definiția încălzirii dielectrice poate fi afirmată ca - „procesul de încălzire a materialului prin provocarea mișcării dielectrice în moleculele sale folosind alternând câmpuri electrice „. Toate materialele sunt alcătuite din molecule care sunt compuse din atomi. Schema circuitului de încălzire dielectrică este prezentat mai jos.
Moleculele polare conțin momente dipolare electrice. Când astfel de molecule sunt expuse câmpului electric, încearcă să se alinieze în direcția câmpului. Când câmpul aplicat oscilează, aceste molecule ale materialului suferă rotații pentru a se menține aliniate cu câmpul. Când câmpul își schimbă direcția, aceste molecule își inversează direcția. Acest proces se numește „rotație dielectrică”.
Temperatura moleculelor este legată de energia cinetică a moleculelor. În rotația dielectrică a moleculelor, pe măsură ce energia cinetică a moleculelor crește, temperatura moleculelor crește. Când moleculele se ciocnesc sau vin în contact cu alte molecule, această energie este transferat în toate părțile materialului, încălzind astfel materialul.
Astfel rotația dielectrică în materialul este adesea denumită încălzire dielectrică a materialului. Această încălzire se face folosind fie câmpuri electrice cu frecvențe RF, fie câmpuri electromagnetice. Câmpul aplicat ar trebui să fie oscilant pentru ca rotația dielectrică să aibă loc. Frecvența și lungimea de undă a câmpului aplicat afectează, de asemenea, funcționarea sistemului.
Funcționarea încălzirii dielectrice
După cum este descris mai jos, schema circuitului sistemului de încălzire dielectric constă din două plăci metalice pe care se aplică câmpul electric. Materialul care trebuie încălzit este plasat între aceste două metale. Există două tipuri de moduri în care materialul se încălzește folosind procesul de încălzire.
Încălzirea cu unde de joasă frecvență, ca efect de câmp apropiat și încălzirea cu unde de înaltă frecvență folosind unde electromagnetice. Tipul de materiale încălzite folosind aceste diferite tipuri de unde este, de asemenea, diferit.
Undele de joasă frecvență au lungimi de undă mai mari. Astfel, ei pot pătrunde prin materiale neconductoare mai profund decât undele electromagnetice. Sistemele care utilizează câmpuri de joasă frecvență ar trebui să aibă distanța dintre radiator și absorbant să fie mai mică de 1 / 2π din lungimea de undă. Deci, procesul de încălzire utilizând un câmp electric de joasă frecvență este aproape - procesul de contact.
Sistemele cu frecvență mai mare au lungimi de undă mai mici. Undele electromagnetice și microunde sunt utilizate pentru aceste sisteme. În aceste sisteme, distanța dintre plăcile metalice este mai mare decât lungimea de undă a câmpului aplicat. În aceste sisteme, undele electromagnetice convenționale cu câmp îndepărtat se formează între plăcile metalice.
Aplicații ale încălzirii dielectrice
Principiul de încălzire dielectrică folosind câmpuri electrice de înaltă frecvență a fost propus în anii 1930 la Bell Telephone Laboratories. Prin variația frecvenței câmpurilor electrice, sistemele dielectrice sunt proiectate pentru multe tipuri de aplicații.
Când se folosesc microundele
În această încălzire dielectrică, 2.45GHz a microunde de frecvență este folosit. Cuptoarele cu microunde utilizate în case sunt un exemplu al acestui tip de aplicații. Aceste sisteme oferă un sistem de încălzire mai puțin penetrant și extrem de eficient. Încălzirea volumetrică cu microunde asigură o adâncime de penetrare mai mare. Astfel, această încălzire este utilizată pentru încălzirea lichidelor, suspensiilor și solidelor la scară industrială.
Cuptor cu microunde
Încălzirea volumetrică cu microunde se aplică pentru pasteurizare, pasteurizare rapidă, chimie cu microunde, sterilizare, conservare a alimentelor, producție de biocombustibili etc.
Când sunt utilizate frecvențele radio
- Dielectricul RF găsește adesea aplicații în zona de producție a culturilor.
- Acest tip de încălzire este folosit pentru a ucide unii dăunători din alimente după recoltarea recoltei.
- Acest tip de încălzire poate încălzi materialele în mod uniform.
- Acest tip de încălzire poate prelucra alimentele rapid.
- Diatermia, procesul de încălzire RF a mușchilor pentru terapia musculară folosește acest tip de încălzire.
- Procesul numit terapie cu hipertermie, în care se obișnuiesc temperaturi mai ridicate
- distruge cancerul și țesuturile tumorale, se aplică încălzirea cu frecvențe RF
Prelucrare alimentară
La post-coacerea biscuiților din linia de producție, încălzirea dielectrică RF va reduce timpul de coacere. Biscuiții de mărime, formă și culoare pot fi produse cu cuptor, dar încălzirea RF poate elimina umezeala rămasă din părțile deja uscate ale biscuiților.
- Încălzirea RF poate crește capacitatea cuptorului, utilizat în fabricile de producție de alimente, până la 50%.
- Produsele pentru copii pe bază de cereale și cerealele pentru micul dejun utilizează post-coacerea prin încălzire dielectrică RF.
- În uscarea alimentelor, coacerea dielectrică este utilizată împreună cu coacerea convențională.
- Când se folosește un dielectric electromagnetic pentru coacere, se obține o calitate mai bună a alimentelor.
- Proprietățile nutriționale și senzoriale ale alimentelor pot fi conservate în timpul procesării alimentelor atunci când se utilizează încălzirea dielectrică electromagnetică, deoarece temperaturile de procesare mai ridicate pot fi atinse într-un timp mai scurt.
Încă din perioada invenției sale, încălzirea dielectrică este utilizată sub diferite forme. De la o mâncare uimitoare procesor la o metodă precisă de electrochirurgie, dielectricul și-a găsit aplicarea în aproape toate domeniile științei.
Configurarea mecanismului de încălzire dielectric poate fi privită ca fiind similară cu structura condensatorul . În condensator dielectric este plasat între două plăci conductoare și electricitate este produsă într-un dielectric. În timp ce într-un sistem de încălzire dielectric, materialul de încălzit este plasat între două plăci conductoare, pe care se aplică câmp electric și se generează căldură în interiorul materialului.
In zilele de azi încălzire dielectrică a găsit multe aplicații în industria agricolă, pentru implementarea multor metode de combatere a dăunătorilor. Câmpul electric aplicat pentru un cuptor cu microunde este câmp cu frecvență mai mică sau cu frecvență mai mare?
