Pārtikas pagatavošanas un uguns izmantošanas veidu izgudrošanai bija liela nozīme cilvēku evolūcijā. Mēs esam iemācījušies izmantot uguni, lai gatavotu, kausētu metāli , ražošanas procesiem nozarēs utt. Bet vislielākais sasniegums bija tad, kad mēs izgudrojām veidus, kā darīt tās pašas lietas, neizmantojot uguni. Ar laika ritumu un attīstot tehnoloģijas , mēs esam izstrādājuši daudzas alternatīvas, ko izmantot uguns vietā apkures procesos. Viens no šādiem ievērojamiem izgudrojumiem ir “dielektriskās sildīšanas” princips. Apskatīsim, kā šis princips darbojas un kā tas tiek piemērots.
Kas ir dielektriskā apkure?
Dielektriskās sildīšanas definīciju var noteikt kā: “materiāla uzsildīšanas process, izraisot dielektrisko kustību tā molekulās, izmantojot mainīgi elektriskie lauki “. Visus materiālus veido molekulas, kas sastāv no atomiem. The Dielektriskā apkures ķēdes shēma ir parādīts zemāk.
Polārās molekulas satur elektriskos dipola momentus. Kad šādas molekulas tiek pakļautas elektriskajam laukam, tās mēģina izlīdzināties lauka virzienā. Kad pielietotais lauks svārstās, šīm materiāla molekulām tiek veiktas rotācijas, lai uzturētu sevi vienā laukā. Kad lauks maina virzienu, šīs molekulas arī maina virzienu. Šo procesu sauc par “Dielektrisko rotāciju”.
Molekulu temperatūra ir saistīta ar molekulu kinētisko enerģiju. Molekulu dielektriskajā rotācijā, palielinoties molekulu kinētiskajai enerģijai, molekulu temperatūra paaugstinās. Kad molekulas saduras vai nonāk saskarē ar citām molekulām, šo enerģiju tiek pārnests uz visām materiāla daļām, tādējādi uzkarsējot materiālu.
Tādējādi dielektriskā rotācija materiāls bieži sauc par materiāla dielektrisko sildīšanu. Šī apkure tiek veikta, izmantojot vai nu RF frekvenču elektriskos laukus, vai elektromagnētiskos laukus. Pielietotajam laukam jābūt svārstīgam, lai notiktu dielektriskā rotācija. Lietotā lauka frekvence un viļņa garums ietekmē arī sistēmas darbību.
Dielektriskā apkure
Kā aprakstīts zemāk, dielektriskās apkures sistēmas shēma sastāv no divām metāla plāksnēm, kurām tiek piemērots elektriskais lauks. Karsējamais materiāls tiek ievietots starp šiem diviem metāliem. Materiālu sildīšana, izmantojot apkures procesu, ir divu veidu.
Apkure, izmantojot zemfrekvences viļņus kā tuvlauka efektu, un apkure ar augstfrekvences viļņiem, izmantojot elektromagnētiskos viļņus. Materiālu veids, kas tiek uzkarsēts, izmantojot šos dažādos viļņu veidus, arī atšķiras.
Zemfrekvences viļņiem ir lielāks viļņu garums. Tādējādi tie caur elektrovadošiem materiāliem var iekļūt dziļāk nekā elektromagnētiskie viļņi. Sistēmām, kas izmanto zemfrekvences laukus, attālumam starp radiatoru un absorbētāju jābūt mazākam par 1 / 2π no viļņa garuma. Tātad apkures process, izmantojot zemfrekvences elektrisko lauku, ir tuvu kontakta procesam.
Augstākas frekvences sistēmām ir mazāks viļņu garums. Elektromagnētiskie viļņi un mikroviļņu krāsnis tiek izmantotas šīm sistēmām. Šajās sistēmās attālums starp metāla plāksnēm ir lielāks par pielietotā lauka viļņa garumu. Šajās sistēmās starp metāla plāksnēm tiek veidoti parastie tālā lauka elektromagnētiskie viļņi.
Dielektriskās apkures pielietojums
Dielektriskās sildīšanas princips, izmantojot augstfrekvences elektriskos laukus, tika piedāvāts pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados Bell Telephone Laboratories. Mainot elektrisko lauku frekvenci, dielektriskās sistēmas ir paredzētas daudzu veidu lietojumiem.
Kad tiek izmantotas mikroviļņu krāsnis
Šajā dielektriskajā sildīšanā 2,45 GHz no mikroviļņu frekvence tiek izmantots. Mājās izmantojamās mikroviļņu krāsnis ir šāda veida lietojuma piemērs. Šīs sistēmas nodrošina mazāk iekļūstošu un ļoti efektīvu apkures sistēmu. Mikroviļņu tilpuma apkure nodrošina lielāku iespiešanās dziļumu. Tādējādi šo apkuri izmanto šķidrumu, suspensiju un cietvielu sildīšanai rūpnieciskā mērogā.
Mikroviļņu krāsns
Mikroviļņu tilpuma apkure tiek izmantota pasterizācijai, ātrai pasterizācijai, mikroviļņu ķīmijai, sterilizācijai, pārtikas konservēšanai, biodegvielas ražošanai utt.
Kad tiek izmantotas radiofrekvences
- RF dielektriķis bieži atrod pielietojumu augkopības apgabalā.
- Šo apkures veidu izmanto, lai iznīcinātu dažus kaitēkļus pārtikā pēc ražas novākšanas.
- Šis apkures veids var vienmērīgi sildīt materiālus.
- Šis sildīšanas veids var ātri pārstrādāt pārtiku.
- Diatermija, muskuļu RF sildīšanas process muskuļu terapijai izmanto šāda veida sildīšanu.
- Process, ko sauc par hipertermijas terapiju, kurā tiek izmantota augstāka temperatūra
- nogalināt vēzi un audzēja audus, tiek izmantota apkure ar RF frekvencēm
Ēdiena pārstrāde
Pēc cepumu cepšanas ražošanas līnijā RF dielektriskā sildīšana samazinās cepšanas laiku. Pareiza izmēra, formas un krāsas cepumus var pagatavot ar krāsni, bet RF sildīšana var noņemt atlikušo mitrumu no jau žāvētām cepumu daļām.
- RF apkure var palielināt krāsns jaudu, ko izmanto pārtikas ražošanas rūpnīcās, līdz pat 50%.
- Zīdaiņu labības izstrādājumos un brokastu pārslās tiek izmantota pēccepšana ar RF dielektrisko sildīšanu.
- Pārtikas žāvēšanā kopā ar parasto cepšanu tiek izmantota dielektriskā cepšana.
- Ja cepšanai izmanto elektromagnētisko dielektriku, tiek panākta labāka pārtikas kvalitāte.
- Pārtikas uzturvērtības un maņu īpašības var saglabāt pārtikas pārstrādes laikā, kad tiek izmantota elektromagnētiskā dielektriskā apkure, jo augstāku apstrādes temperatūru var sasniegt īsākā laika posmā.
Jau no tā izgudrojuma perioda dielektriskā apkure tiek izmantota dažādās formās. No pārsteidzoša ēdiena procesors precīzai elektroķirurģijas metodei dielektriķis bija atradis savu pielietojumu gandrīz visās zinātnes jomās.
Dielektriskā sildīšanas mehānisma iestatīšanu var uzskatīt par līdzīgu kondensators . Kondensatorā dielektriku ievieto starp divām vadošām plāksnēm, un dielektrikā tiek ražota elektrība. Savukārt dielektriskajā apkures sistēmā sildāmo materiālu ievieto starp divām vadošām plāksnēm, kurām tiek piemērots elektriskais lauks un materiāla iekšpusē rodas siltums.
Tagad diena dielektriskā apkure ir atradis daudz pielietojumu lauksaimniecības nozarē daudzu kaitēkļu apkarošanas metožu ieviešanai. Mikroviļņu krāsnī izmantotais elektriskais lauks ir zemākas frekvences vai augstākas frekvences lauks?
