Uppfinningen av sätt att laga mat och använda eld hade spelat en stor roll i utvecklingen av människor. Vi har lärt oss att använda eld för att laga mat, smälta metaller , för produktionsprocesser i industrier etc. Men det största genombrottet kom när vi uppfann sätt att göra samma saker utan att använda eld. Med tiden och utveckla teknik , vi har utvecklat många alternativ att använda istället för eld för uppvärmningsprocesser. En av sådana anmärkningsvärda uppfinningar är principen om 'Dielektrisk uppvärmning'. Låt oss se hur denna princip fungerar och hur den tillämpas.
Vad är dielektrisk uppvärmning?
Definitionen av dielektrisk uppvärmning kan anges som - ”processen att värma upp material genom att orsaka dielektrisk rörelse i dess molekyler med hjälp av alternerande elektriska fält “. Alla material består av molekyler som består av atomer. De Dielektrisk värmekretsschema visas nedan.
Polära molekyler innehåller elektriska dipolmoment. När sådana molekyler exponeras för det elektriska fältet försöker de rikta in sig i fältets riktning. När det applicerade fältet svänger, genomgår dessa molekyler i materialet för att hålla sig i linje med fältet. När fältet ändrar riktning vänder dessa molekyler också sin riktning. Denna process kallas 'Dielektrisk rotation'.
Molekylernas temperatur är relaterad till molekylernas kinetiska energi. I molekylernas dielektriska rotation, när molekylernas kinetiska energi ökar, ökar temperaturen på molekylerna. När molekylerna kolliderar eller kommer i kontakt med andra molekyler, denna energi överförs till alla delar av materialet, vilket värmer upp materialet.
Således dielektrisk rotation i Materialet kallas ofta dielektrisk uppvärmning av materialet. Denna uppvärmning görs med antingen elektriska fält med RF-frekvenser eller elektromagnetiska fält. Det applicerade fältet bör vara oscillerande för att dielektrisk rotation ska äga rum. Frekvensen och våglängden för det applicerade fältet påverkar också systemets funktion.
Dielektrisk uppvärmning
Såsom beskrivs nedan består kretsschemat för det dielektriska uppvärmningssystemet av två metallplattor på vilka det elektriska fältet appliceras. Materialet som ska värmas placeras mellan dessa två metaller. Det finns två typer av sätt på vilket material värms upp med hjälp av uppvärmningsprocessen.
Uppvärmning med lågfrekventa vågor, som en närfältseffekt och uppvärmning med högfrekventa vågor med hjälp av elektromagnetiska vågor. Den typ av material som värms upp med dessa olika typer av vågor är också annorlunda.
Lågfrekventa vågor har högre våglängder. Således kan de tränga igenom icke-ledande material djupare än elektromagnetiska vågor. Systemen som använder lågfrekventa fält bör ha avståndet mellan kylaren och absorbatorn mindre än 1 / 2π av våglängden. Så processen för uppvärmning med ett lågfrekvent elektriskt fält är nära - kontaktprocessen.
Högfrekventa system har lägre våglängder. Elektromagnetiska vågor och mikrovågor används för dessa system. I dessa system är avståndet mellan metallplattor större än våglängden för det applicerade fältet. I dessa system bildas konventionella fjärrfältselektromagnetiska vågor mellan metallplattorna.
Tillämpningar av dielektrisk uppvärmning
Dielektrisk uppvärmningsprincip med högfrekventa elektriska fält föreslogs på 1930-talet på Bell Telephone Laboratories. Genom att variera frekvensen för elektriska fält är deelektriska systemen utformade för många typer av applikationer.
När mikrovågor används
I denna dielektriska uppvärmning, 2,45 GHz av mikrovågsugn med frekvens är använd. Mikrovågsugnar som används i hemmet är ett exempel på denna typ av applikationer. Dessa system ger mindre genomträngande och mycket effektivt värmesystem. Mikrovågsvolymuppvärmning ger ett större penetrationsdjup. Således används denna uppvärmning för uppvärmning av vätskor, suspensioner och fasta ämnen i industriell skala.
Mikrovågsugn
Mikrovågsvolymuppvärmning används för pasteurisering, Flashpasteurisering, mikrovågskemi, sterilisering, konservering av livsmedel, produktion av biobränsle etc.
När radiofrekvenser används
- RF-dielektrikum hittar ofta applikationer i grödproduktionsområdet.
- Denna typ av uppvärmning används för att döda vissa skadedjur i livsmedel efter grödans skörd.
- Denna typ av uppvärmning kan värma upp material enhetligt.
- Denna typ av uppvärmning kan bearbeta mat snabbt.
- Diatermi, processen för RF-uppvärmning av muskler för muskelterapi använder denna typ av uppvärmning.
- Processen kallas hypertermi-terapi, där högre temperaturer är vana vid
- döda cancer och tumörvävnader appliceras uppvärmning med RF-frekvenser
Livsmedelsbearbetning
Vid efterbakning av kex i produktionslinjen kommer RF-dielektrisk uppvärmning att minska bakningstiden. Rätt storlek, form och färgkakor kan produceras med ugn men RF-uppvärmning kan ta bort återstående fukt från redan torkade delar av kakorna.
- RF-uppvärmning kan öka ugnens kapacitet, som används i livsmedelsproduktionsfabriker, upp till 50%.
- Spannmålsbaserade babyprodukter och frukostflingor använder efterbakning genom RF-dielektrisk uppvärmning.
- Vid torkning av mat används dielektrisk bakning tillsammans med konventionell bakning.
- När ett elektromagnetiskt dielektrikum används för bakning uppnås bättre matkvalitet.
- Närings- och sensoriska egenskaper hos livsmedel kan bevaras under livsmedelsbearbetning när elektromagnetisk dielektrisk uppvärmning används, eftersom högre bearbetningstemperaturer kan uppnås på kortare tid.
Helt från uppfinningsperioden används dielektrisk uppvärmning i olika former. Från en fantastisk mat processor till en exakt elektrokirurgisk metod hade dielektrikum funnit sin tillämpning i nästan alla vetenskapsområden.
Dielektrisk uppvärmningsmekanism kan ses som liknar strukturen på kondensatorn . I kondensator placeras dielektrikum mellan två ledande plattor och el produceras i ett dielektrikum. Medan i ett dielektriskt uppvärmningssystem placeras materialet som ska värmas mellan två ledande plattor, på vilka elektriska fält appliceras och värme genereras inuti materialet.
Nu för tiden dielektrisk uppvärmning har hittat många applikationer inom jordbruksindustrin för implementering av många skadedjursbekämpningsmetoder. Det elektriska fältet som används för en mikrovågsugn är lägre eller högre frekvensfält?
