De uitvinding van manieren om voedsel te koken en vuur te gebruiken, had een grote rol gespeeld in de evolutie van de mens. We hebben geleerd om vuur te gebruiken om te koken, om te smelten metalen , voor productieprocessen in industrieën, enz. Maar de grootste doorbraak kwam toen we manieren bedachten om dezelfde dingen te doen zonder vuur te gebruiken. Met de tijd en het ontwikkelen van technologieën hebben we veel alternatieven ontwikkeld om in plaats van vuur te gebruiken voor verwarmingsprocessen. Een van die opmerkelijke uitvindingen is het principe van 'diëlektrische verwarming'. Laten we eens kijken hoe dit principe werkt en hoe het wordt toegepast.
Wat is diëlektrische verwarming?
De definitie van diëlektrische verwarming kan worden gesteld als - ‘het proces waarbij materiaal wordt verwarmd door diëlektrische beweging in de moleculen te veroorzaken met afwisselende elektrische velden Alle materialen zijn opgebouwd uit moleculen die zijn samengesteld uit atomen. De Diëlektrisch verwarmingsschema wordt hieronder weergegeven.
Polaire moleculen bevatten elektrische dipoolmomenten. Wanneer dergelijke moleculen worden blootgesteld aan het elektrische veld, proberen ze zichzelf uit te lijnen in de richting van het veld. Wanneer het aangelegde veld oscilleert, ondergaan deze moleculen van het materiaal rotaties om zichzelf op één lijn te houden met het veld. Wanneer het veld van richting verandert, keren deze moleculen ook hun richting om. Dit proces wordt 'diëlektrische rotatie' genoemd.
De temperatuur van de moleculen is gerelateerd aan de kinetische energie van de moleculen. In de diëlektrische rotatie van de moleculen, naarmate de kinetische energie van de moleculen toeneemt, neemt de temperatuur van de moleculen toe. Wanneer de moleculen botsen of in contact komen met andere moleculen, deze energie wordt overgebracht naar alle delen van het materiaal waardoor het materiaal opwarmt.
Dus diëlektrische rotatie in het materiaal wordt vaak aangeduid als diëlektrische verwarming van het materiaal. Deze verwarming gebeurt met behulp van elektrische velden van RF-frequenties of elektromagnetische velden. Het aangelegde veld moet oscilleren om diëlektrische rotatie te laten plaatsvinden. De frequentie en golflengte van het aangelegde veld hebben ook invloed op de werking van het systeem.
Diëlektrische verwarming werken
Zoals hieronder beschreven, bestaat het schakelschema van het diëlektrische verwarmingssysteem uit twee metalen platen waarop het elektrische veld wordt toegepast. Het te verwarmen materiaal wordt tussen deze twee metalen geplaatst. Er zijn twee soorten manieren waarop materiaal wordt verwarmd met behulp van het verwarmingsproces.
Verwarmen met laagfrequente golven, als nabij-veldeffect en verwarmen met hoogfrequente golven met elektromagnetische golven. Het soort materialen dat met deze verschillende soorten golven wordt verwarmd, is ook anders.
Laagfrequente golven hebben hogere golflengten. Ze kunnen dus dieper door niet-geleidende materialen dringen dan elektromagnetische golven. Bij systemen die laagfrequente velden gebruiken, moet de afstand tussen de straler en de absorber kleiner zijn dan 1 / 2π van de golflengte. Het proces van verwarming met behulp van een laagfrequent elektrisch veld is dus een bijna-contactproces.
Systemen met een hogere frequentie hebben lagere golflengten. Elektromagnetische golven en microgolven worden gebruikt voor deze systemen. In deze systemen is de afstand tussen metalen platen groter dan de golflengte van het aangelegde veld. In deze systemen worden conventionele elektromagnetische golven met verre velden gevormd tussen de metalen platen.
Toepassingen van diëlektrische verwarming
Het diëlektrische verwarmingsprincipe met behulp van hoogfrequente elektrische velden werd in de jaren dertig voorgesteld bij Bell Telephone Laboratories. Door de frequentie van elektrische velden te variëren, zijn de diëlektrische systemen ontworpen voor vele soorten toepassingen.
Wanneer microgolven worden gebruikt
Bij deze diëlektrische verwarming is de 2,45 GHz van de microgolf van frequentie is gebruikt. Magnetrons die in woningen worden gebruikt, zijn een voorbeeld van dit soort toepassingen. Deze systemen bieden een minder penetrerend en zeer efficiënt verwarmingssysteem. Volumetrische verwarming met microgolf zorgt voor een grotere indringdiepte. Deze verwarming wordt dus gebruikt voor het verwarmen van vloeistoffen, suspensies en vaste stoffen op industriële schaal.
Magnetron
Microgolf volumetrische verwarming wordt toegepast voor pasteurisatie, Flash-pasteurisatie, microgolfchemie, sterilisatie, voedselconservering, productie van biobrandstoffen, enz.
Wanneer radiofrequenties worden gebruikt
- RF-diëlektricum vindt vaak toepassingen in de productie van gewassen.
- Dit type verwarming wordt gebruikt om na de oogst van het gewas bepaalde ongedierte in voedsel te doden.
- Deze manier van verwarmen kan materialen gelijkmatig verwarmen.
- Deze manier van verwarmen kan voedsel snel verwerken.
- Diathermie, het proces van RF-verwarming van spieren voor spiertherapie, maakt gebruik van dit type verwarming.
- Het proces genaamd hyperthermie-therapie, waarbij hogere temperaturen worden gebruikt
- doden kanker en tumorweefsels, verwarming met RF-frequenties wordt toegepast
Voedselverwerking
Bij het nabakken van koekjes in de productielijn, zal RF diëlektrische verwarming de baktijd verkorten. Koekjes met de juiste maat, vorm en kleur kunnen met de oven worden geproduceerd, maar RF-verwarming kan het resterende vocht uit reeds gedroogde delen van de koekjes verwijderen.
- RF-verwarming kan de capaciteit van de oven, die wordt gebruikt in fabrieken voor voedselproductie, tot 50% verhogen.
- Babyproducten op basis van granen en ontbijtgranen gebruiken het nabakken door middel van RF-diëlektrische verwarming.
- Bij het drogen van voedsel wordt diëlektrisch bakken gebruikt in combinatie met conventioneel bakken.
- Wanneer een elektromagnetisch diëlektricum wordt gebruikt voor het bakken, wordt een betere kwaliteit van voedsel bereikt.
- Voedings- en sensorische eigenschappen van voedsel kunnen tijdens voedselverwerking worden behouden wanneer elektromagnetische diëlektrische verwarming wordt gebruikt, omdat hogere verwerkingstemperaturen in een kortere tijd kunnen worden bereikt.
Al vanaf de periode van de uitvinding wordt diëlektrische verwarming in verschillende vormen gebruikt. Van een geweldig eten processor volgens een precieze elektrochirurgische methode had diëlektricum zijn toepassing gevonden in bijna elk wetenschapsgebied.
De opstelling van het diëlektrische verwarmingsmechanisme kan worden gezien als vergelijkbaar met de structuur van de condensator In condensator wordt diëlektricum tussen twee geleidende platen geplaatst en wordt elektriciteit geproduceerd in een diëlektricum. Terwijl in een diëlektrisch verwarmingssysteem het te verwarmen materiaal tussen twee geleidende platen wordt geplaatst, waarop een elektrisch veld wordt aangelegd en warmte wordt gegenereerd in het materiaal.
Vandaag de dag diëlektrische verwarming heeft veel toepassingen gevonden in de landbouw, voor de implementatie van vele ongediertebestrijdingsmethoden. Het elektrische veld dat voor een magnetron wordt toegepast, is een veld met een lagere frequentie of een hogere frequentie?
