המצאת הדרכים לבשל אוכל ולהשתמש באש מילאה תפקיד גדול בהתפתחותם של בני האדם. למדנו להשתמש באש כדי לבשל, להמיס מתכות , לתהליכי ייצור בתעשיות וכו '. אך פריצת הדרך הגדולה ביותר הגיעה כאשר המצאנו דרכים לעשות את אותם הדברים מבלי להשתמש באש. עם מהלך הזמן ו פיתוח טכנולוגיות , פיתחנו חלופות רבות לשימוש במקום אש לתהליכי חימום. אחת ההמצאות המדהימות שכאלה היא העיקרון של 'חימום דיאלקטרי'. בואו נראה איך עיקרון זה עובד ואיך מיישמים אותו.
מהי חימום דיאלקטרי?
ניתן להגדיר את ההגדרה של חימום דיאלקטרי כ- 'תהליך חימום החומר על ידי גרימת תנועה דיאלקטרית במולקולות שלו באמצעות שדות חשמליים מתחלפים '. כל החומרים מורכבים ממולקולות המורכבות מאטומים. ה תרשים מעגל חימום דיאלקטרי מוצג להלן.
מולקולות קוטביות מכילות רגעים דיפול חשמליים. כאשר מולקולות כאלה נחשפות לשדה החשמלי, הן מנסות ליישר את עצמן לכיוון השדה. כאשר השדה המיושם מתנדנד, מולקולות החומר הללו עוברות סיבובים על מנת לשמור על יישור קו עם השדה. כאשר השדה משנה כיוון, גם המולקולות הללו הופכות את כיוונן. תהליך זה נקרא 'סיבוב דיאלקטרי'.
הטמפרטורה של המולקולות קשורה לאנרגיה הקינטית של המולקולות. בסיבוב הדיאלקטרי של המולקולות, ככל שהאנרגיה הקינטית של המולקולות עולה, הטמפרטורה של המולקולות עולה. כאשר המולקולות מתנגשות או באות במגע עם מולקולות אחרות, האנרגיה הזו מועבר לכל חלקי החומר ובכך מחמם את החומר.
כך סיבוב דיאלקטרי ב החומר מכונה לעתים קרובות חימום דיאלקטרי של החומר. חימום זה נעשה באמצעות שדות חשמליים בתדרי RF או שדות אלקטרומגנטיים. השדה המיושם צריך להיות נדנוד כדי שהסיבוב הדיאלקטרי יתקיים. תדירות ואורך הגל של השדה המיושם משפיעים גם על תפקוד המערכת.
עבודות חימום דיאלקטריות
כמתואר להלן, תרשים המעגל של מערכת החימום הדיאלקטרי מורכב משתי לוחות מתכת עליהם מוחל השדה החשמלי. החומר המיועד לחימום ממוקם בין שתי המתכות הללו. ישנם שני סוגים של דרכי חימום החומר באמצעות תהליך החימום.
חימום באמצעות גלים בתדרים נמוכים, כאפקט שדה קרוב וחימום עם גלים בתדר גבוה באמצעות גלים אלקטרומגנטיים. סוג החומרים המחוממים באמצעות סוגים שונים של גלים זה גם שונה.
לגלים בתדרים נמוכים אורכי גל גבוהים יותר. כך הם יכולים לחדור דרך חומרים שאינם מוליכים עמוק יותר מאשר גלים אלקטרומגנטיים. על המערכות המשתמשות בשדות בתדירות נמוכה שהמרחק בין הרדיאטור לבולם יהיה פחות מ -1 / 2π מאורך הגל. לכן, תהליך החימום באמצעות שדה חשמלי בתדר נמוך הוא קרוב - תהליך מגע.
למערכות בתדרים גבוהים אורכי גל נמוכים יותר. גלים אלקטרומגנטיים ו מיקרוגל משמשים למערכות אלה. במערכות אלה המרחק בין לוחות מתכת גדול מאורך הגל של השדה המיושם. במערכות אלו נוצרים גלים אלקטרומגנטיים בשדה הרחוק בין לוחות המתכת.
יישומים של חימום דיאלקטרי
עיקרון חימום דיאלקטרי המשתמש בשדות חשמל בתדירות גבוהה הוצע בשנות השלושים במעבדות הטלפון של בל. על ידי שינוי תדירות השדות החשמליים מערכות הדיאלקטריה מיועדות לסוגים רבים של יישומים.
כאשר משתמשים במיקרוגל
בחימום דיאלקטרי זה, 2.45GHz של מיקרוגל של תדר משמש. תנורי מיקרוגל המשמשים בבתים הם דוגמה ליישומים מסוג זה. מערכות אלו מספקות מערכת חימום פחות חדירה ויעילה ביותר. חימום נפחי במיקרוגל מספק עומק חדירה גדול יותר. לפיכך חימום זה משמש לחימום נוזלים, מתלים ומוצקים בקנה מידה תעשייתי.
מיקרוגל
חימום נפחי מיקרוגל מיושם לפסטור, פסטור פלאש, כימיה במיקרוגל, עיקור, שימור מזון, ייצור דלק ביולוגי וכו '.
כאשר משתמשים בתדרי רדיו
- דיאלקטרי RF מוצא לעתים קרובות יישומים באזור ייצור הגידולים.
- סוג זה של חימום משמש להרוג מזיקים מסוימים במזון לאחר קציר היבול.
- סוג חימום זה יכול לחמם חומרים באופן אחיד.
- חימום מסוג זה יכול לעבד מזון במהירות.
- דיאתרמיה, תהליך חימום RF של שרירים לטיפול בשרירים משתמש בחימום מסוג זה.
- התהליך שנקרא טיפול בהיפרתרמיה, בו רגילים לטמפרטורות גבוהות יותר
- להרוג רקמות סרטן וגידולים, מוחל חימום בתדרי RF
עיבוד מזון
לאחר אפייה של ביסקוויטים בפס הייצור, חימום דיאלקטרי RF יפחית את זמן האפייה. ניתן לייצר עוגיות בגודל, צורה וצבע נכונות עם תנור, אך חימום RF יכול להסיר את הלחות שנותרה מחלקים שכבר התייבשו של העוגיות.
- חימום RF יכול להגדיל את קיבולת התנור, המשמש במפעלים לייצור מזון, עד 50%.
- מוצרי תינוקות מבוססי דגנים ודגני בוקר משתמשים באפייה שלאחר האפייה באמצעות חימום דיאלקטרי RF.
- בייבוש המזון משתמשים באפייה דיאלקטרית יחד עם אפייה קונבנציונאלית.
- כאשר משתמשים בדיאלקטרי אלקטרומגנטי לאפייה מושגת איכות מזון טובה יותר.
- ניתן לשמור על מאפייני התזונה והחישה של מזון במהלך עיבוד המזון כאשר משתמשים בחימום דיאלקטרי אלקטרומגנטי, מכיוון שניתן להשיג טמפרטורות עיבוד גבוהות יותר בזמן קצר יותר.
ממש מתקופת המצאתו משתמשים בחימום דיאלקטרי בצורות שונות. מאוכל מדהים מעבד לשיטה מדויקת של ניתוח אלקטרו, דיאלקטרי מצא את יישומו כמעט בכל תחומי המדע.
ניתן לראות התקנת מנגנון חימום דיאלקטרי דומה למבנה של הקבל . בקבל ממוקם דיאלקטרי בין שתי לוחות מוליכים וחשמל מיוצר בדיאלקטרי. ואילו במערכת חימום דיאלקטרית, החומר המיועד לחימום ממוקם בין שתי לוחות מוליכים, עליהם מוחל שדה חשמלי ונוצר חום בתוך החומר.
עכשיו יום חימום דיאלקטרי מצא יישומים רבים בענף החקלאות, ליישום שיטות הדברה רבות. השדה החשמלי המיושם לתנור מיקרוגל הוא שדה בתדירות נמוכה יותר או בתדר גבוה יותר?
