微波的种种妙用
http://www.newdu.com 2024/11/28 08:11:30 人民教育出版社 佚名 参加讨论
微波的种种妙用 广东省江门市蓬江区荷塘中学 林永周 微波是电磁波家族中比较年轻的成员。“年龄”大约五十多岁。微波是指波长从一米到一毫米的电磁波段，其频率远比人们熟悉的短波和超短波的频率要高，而且微波段中可用于通信的频带也相当宽，甚至比无线电波整个波段中的其他几个可用于通信的波段的总和还要宽上千倍。因此，它能容纳的信息量特别大。它还可以穿过电离层利用通信卫星进行传输，为雷达、地面微波中继通信和卫星通信开辟了广阔的前景。 微波的第二大用途是遥感，即利用高空飞机或卫星上的微波设备和仪器，接收地面上各种景物辐射和反射的微波能量。人们通过分析微波遥感仪器所获得的微波图像，可进一步了解地面目标的状态和性质。这种微波遥感技术在军事上和地质勘察中占有重要的地位。 近十多年来，由于微波器件的发展，尤其是连续波磁控管的发明，微波技术又开辟了一个新的领域，这就是微波加热技术。 普通加热方式是将热量不断从外部传给被加热的物体，被加热物体通过热传导，不断吸收外部供给的热量而变热。这种加热方式的效率很低，加热时间长，而且在加热的过程中有大量的热量被散发到空气中而白白浪费了。微波加热炉是一个空心的金属箱，其中的微波由波导管送入箱内，微波入口处安装有电磁场搅拌器，可自动改变微波反射的方向，改善炉内超高频场的均匀性，使其加热均匀。需要加热的食品放在炉箱中央的低损耗介质板上。炉壁上开有通气孔，可排放加热过程中产生的水蒸气。 微波加热的原理很简单，用中学物理课上所学的知识即可弄懂。 被加热食物总是含水分的。水分子是一种一头带正电、一头带负电的偶极子。在通常情况下，水分子的排列是杂乱无章的，从宏观上看，它们并不呈现正负极性。但是，在微波电场的作用下，极性水分子就会顺着电场方向排列起来。所有水分子的正极统统朝向电源的负极，水分子的负极面向电源的正极。电源的正负极改变方向，水分子的正负极也随之变向。微波电场的方向每秒钟要改变数十亿次。随着高频率微波电场的快速变化，食物内部的水分子也跟着改变自己的取向而迅速地摆动起来。电场变化有多快，水分子也摆动得有多快。然而，电场变化太快时，由于水分子之间的相互作用力的拉扯，水分子要迅速掉头摆动，就必须克服相邻水分子之间的相互作用力和阻力，这就产生了类似摩擦的效应。摩擦做功的结果产生了热量。食物中的每一个水分子都不例外，都在拼命地快节奏地摇摆、发热。结果，整个食物也就同时热了起来。这种加热方式，用科学术语说，叫做高频介质加热。 从上述原理不难看出，微波加热从本质上讲，是分子一级的加热方式，被加热物体的每一个含水分的分子都是一个小小的加热器，就像操场上排列整齐的士兵，在指挥官的口令下统一行动。微波电场这个“指挥官”不会喊别的口令，只会喊“向后转”，而且每秒钟连续呼喊数十亿次“向后转！”每个“士兵”（水分子）都以服从为天职连续“向后转”。因此，微波加热比较均匀，里外一致，不会出现“外焦而里不熟”的夹生现象，而且加热时间大大缩短，能量损耗也大大降低微波加热的另一个特点是加热效率高，而且被加热物体的水分越多，加热与干燥的效果也越好。微波加热还可避免热源在传输过程中的热损耗，从而提高热的有效利用率。 微波的频率可随意调节，因此，对不同性能的物体，可选择不同的微波频率来工作，使被加热（或被干燥）物品不致过热而影响质量，也不会因温度过高而破坏营养成分。 正因为微波加热具有加热快、均匀、效率高等优点，加上容易实现自动化流水线生产，因此微波加热技术被很快推广到各行各业。例如，微波加热已广泛地应用于纺织、造纸、橡胶、皮革、烟草、胶片、食品、医药、粮食、茶叶等工农业产品的烘干、脱水等。 在医疗中，微波也有用武之地。由于微波可深入皮下组织进行选择性加热，因而含水分多的组织（如肌肉）要比含水分少的组织（如骨骼）升温快，从而可促进这些组织的新陈代谢，加速血液循环，对治疗关节炎和风湿症较有疗效。利用微波在人体内的反射特性，可以对心肺进行监测，对肺气肿、肺水肿病人作出正确判断。利用微波热像仪还可以把被测部位的温度分布情况通过计算机处理成清晰的彩色热像图，从荧光屏上显示出来，从而检测出被测部位的病变情况以及其他仪器测不到的病灶。 以上仅从微波的热效应方面作了介绍。其实，微波的本领远不止这些，它更重要的用途在于微波通信、微波扫描、微波遥感等方面。未来的微波技术有可能向宇宙索取用之不竭的太阳能，即宇宙空间太阳能发电站所发的电，可通过天线以微波辐射束的形式传向地球地面站。地面站接收天线把接收到的微波辐射束转变成交流电或直流电，再输送给用户。目前，这还只是一种理论上的设想，实现起来还有许多问题要解决。例如，微波加热对大气层热平衡状态的破坏，对正常无线电通信的干扰，对地面人体、动物及鸟类的危害，都需要慎重考虑，认真解决。 总之，人们对微波已有了较深的认识，随着科学技术的发展，微波将会在更多的领域里广泛应用。 (责任编辑：admin) |