微波

来源:www.uuuwell.com

   

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波,是無線電波中一個有限頻帶的簡稱,即波長在1米(不含1米)到1毫米之間的電磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高,通常也稱為「超高頻電磁波」。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質通常呈現為穿透、反XX、吸收三個特性。對於玻璃、塑料和瓷器,微波幾乎是穿越而不被吸收。對於水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西,則會反XX微波。

詞語

詞語信息

  詞目:微波   拼音:wēi

基本解釋

  1. [ripple]∶細小的波紋。   2. [microwave]∶指波長從一毫米到一米的電磁波。

詳細解釋

  1. 微小的波浪。 漢 劉向《新序·雜事二》:「引纖繳,揚微波,折清風而殞。」 唐 許渾《泛五雲溪》詩:「急瀨鳴車軸,微波漾釣筒。」 宋 朱熹 《喜晴》詩:「沖颷動高柳,淥水澹微波。」峻青《秋色賦·海娘娘》:「每當晴朗的早晨或是靜謐的月夜,海上風平浪靜,微波不興。」   2. 猶餘波。 漢 司馬相如《封禪文》:「俾萬世得激清流,揚微波,蜚英聲,騰茂實。」 南朝 梁 鍾嶸 《詩品》卷上:「 永嘉時,貴 黃 老 ,稍尚虛談。於時篇什,理過其辭,淡乎寡味,爰及 江 表,微波尚傳。」 卷盦 《<蔽廬叢志>序》:「景叢志而仰止,羗寄意於微波。」   3. 指女子的眼波。 三國 魏曹植《洛神賦》:「無良媒以接懽兮,托微波而通辭。」 清 黃遵憲《都踴歌》:「中有人兮通微波,荷荷!貽我釵鸞兮餽我翠螺,荷荷!」 高旭《贈沉孝則》詩:「惆悵佳人留片影,願將心事托微波。」   4. 物理學名詞。指波長較短的電磁波。如,無線電通信中指波長在1毫米至十米之間的電磁波。

微波的波長

  微波的頻率在300MHz-300GHz之間,波長在1米(不含1米)到1毫米之間,是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高,通常也稱為「超高頻」。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波量子的能量為1 99×l0 -25~ 1.99×10-22j。

微波的性質

  微波的基本性質通常呈現為穿透、反XX、吸收三個特性。對於玻璃、塑料和瓷器,微波幾乎是穿越而不被吸收。對於水和食物等就會吸收微波而使自身發熱。而對金屬類東西,則會反XX微波。   從電子學和物理學觀點來看,微波這段電磁頻譜具有不同於其他波段的如下重要特點:

穿透性

  微波比其它用於輻XX加熱的電磁波,如紅外線遠紅外線等波長更長,因此具有更好的穿透性。微波透入介質時,由於介質損耗引起的介質溫度的升高,使介質材料內部、外部幾乎同時加熱升溫,形成體熱源狀態,大大縮短了常規熱中的熱傳導時間,且在條件為介質損耗因數與介質溫度呈負相關關係時,物料內外加熱均勻一致。

選擇性加熱

  物質吸收微波的能力,主要由其介質損耗因數來決定。介質損耗因數大的物質對微波的吸收能力就強,相反,介質損耗因數小的物質吸收微波的能力也弱。由於各物質的損耗因數存在差異,微波加熱就表現出選擇性加熱的特點。物質不同,產生的熱效果也不同。水分子屬極性分子,介電常數較大,其介質損耗因數也很大,對微波具有強吸收能力。而蛋白質碳水化合物等的介電常數相對較小,其對微波的吸收能力比水小得多。因此,對於食品來說,含水量的多少對微波加熱效果影響很大。

熱慣性小

  微波對介質材料是瞬時加熱升溫,能耗也很低。另一方面,微波的輸出功率隨時可調,介質溫升可無惰性的隨之改變,不存在「餘熱」現象,極有利於自動控制和連續化生產的需要。

似光性和似聲性

  微波波長很短,比地球上的一般物體(如飛機,艦船,汽車建築物等)尺寸相對要小得多,或在同一量級上。使得微波的特點與幾何光學相似,即所謂的似光性。因此使用微波工作,能使電路元件尺寸減小;使系統更加緊湊;可以製成體積小,波束窄方向性很強,增益很高的天線系統,接受來自地面或空間各種物體反XX回來的微弱信號,從而確定物體方位和距離,分析目標特徵。   由於微波波長與物體(實驗室中無線設備)的尺寸有相同的量級,使得微波的特點又與聲波相似,即所謂的似聲性。例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似與聲學喇叭,蕭與笛;微波諧振腔類似於聲學共鳴腔

非電離性

  微波的量子能量還不夠大,不足與改變物質分子的內部結構或破壞分子之間的鍵。再有物理學之道,分子原子核原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現的許多共振現象都發生在微波範圍,因而微波為探索物質的內部結構和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面,利用這一特性,還可以製作許多微波器件

信息性

  由於微波頻率很高,所以在不大的相對帶寬下,其可用的頻帶很寬,可達數百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大,所以現代多路通信系統,包括衛星通信系統,幾乎無例外都是工作在微波波段。另外,微波信號還可以提供相位信息,極化信息,多普勒頻率信息。這在目標檢測,遙感目標特徵分析等應用中十分重要

微波的產生

  微波能通常由直流電或50Hz交流電通過一特殊的器件來獲得。可以產生微波的器件有許多種,但主要分為兩大類:半導體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運動來完成能量變換的器件,或稱之為電子管。在電真空器件中能產生大功率微波能量的有磁控管、多腔速調管、微波三、四極管、行波管等。在目前微波加熱領域特別是工業應用中使用的主要是磁控管及速調管。

微波的熱效應

  微波對生物體的熱效應是指由微波引起的生物組織或系統受熱而對生物體產生的生理影響.熱效應主要是生物體內有極分子在微波高頻電場的作用下反覆快速取向轉動而摩擦生熱;體內離子在微波作用下振動也會將振動能量轉化為熱量;一般分子也會吸收微波能量后使熱運動能量增加.如果生物體組織吸收的微波能量較少,它可借助自身的熱調節系統通過血循環將吸收的微波能量(熱量)散發至全身或體外.如果微波功率很強,生物組織吸收的微波能量多於生物體所能散發的能量,則引起該部位體溫升高.局部組織溫度升高將產生一系列生理反應,如使局部血管擴張,並通過熱調節系統使血循環加速,組織代謝增強,白細胞吞噬作用增強,促進病理產物的吸收和消散等.

微波的非熱效應

  微波的非熱效應是指除熱效應以外的其他效應,如電效應、磁效應及化學效應等.在微波電磁場的作用下,生物體內的一些分子將會產生變形和振動,使細胞膜功能受到影響,使細胞膜內外液體的電狀況發生變化,引起生物作用的改變,進而可影響中樞神經系統等.微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經傳導電位、細胞活動膜電位等)的節律,會導致心臟活動、腦神經活動及內分泌活動等一系列障礙.對微波的非熱效應,人們還了解的不很多.當生物體受強功率微波照XX時,熱效應是主要的(一般認為,功率密度在在10mW/cm2者多產生微熱效應.且頻率越高產生熱效應的閾強度越低);長期的低功率密度(1 m W/cm2 以下)微波輻XX主要引起非熱效應.

微波加熱的原理

  微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電波,被加熱介質物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻電磁場作用下,其極性取向將隨著外電場的變化而變化。造成分子的相互摩擦運動的效應,此時微波場的場能轉化為介質內的熱能,使物料溫度升高,產生熱化和膨化等一系列物化過程而達到微波加熱乾燥的目的。

微波殺菌的機理

  微波殺菌是利用了電磁場的熱效應和生物效應的共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質變化,使細菌失去營養,繁殖和生存的條件而死亡。微波對細菌的生物效應是微波電場改變細胞膜斷面的電位分佈,影響細胞膜周圍電子和離子濃度,從而改變細胞膜的通透性能,細菌因此營養不良,不能正常新陳代謝細胞結構功能紊亂,生長發育受到抑制而死亡。此外,微波能使細菌正常生長和穩定遺傳繁殖的核酸[RNA]和脫氧核糖核酸[DNA],是由若干氫鍵鬆弛,斷裂重組,從而誘發遺傳基因突變,或染色體畸變甚至斷裂。   微波萃取的原理   利用微波能來提高萃取率的一種最新發展起來的新技術。它的原理是在微波場中,吸收微波能力的差異使得基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質從基體或體系中分離,XX到介電常數較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中;微波萃取具有設備簡單、適用範圍廣、萃取效率高、重現性好、節省時間、節省試劑污染小等特點。目前,除主要用於環境樣品預處理外,還用於生化、食品、工業分析和天然產物提取等領域。在國內,微波萃取技術用於中草藥提取這方面的研究報道還比較少。   微波萃取的機理可從以下3個方面來分析:①微波輻XX過程是高頻電磁波穿透萃取介質到達物料內部的微管束和腺胞系統的過程。由於吸收了微波能,細胞內部的溫度將迅速上升,從而使細胞內部的壓力超過細胞壁膨脹所能承受的能力,結果細胞XX,其內的有效成分自由流出,並在較低的溫度下溶解于萃取介質中。通過進一步的過濾和分離,即可獲得所需的萃取物。②微波所產生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內部向固液界面擴散的速率。例如,以水作溶劑時,在微波場的作用下,水分子由高速轉動狀態轉變為激發態,這是一種高能量的不穩定狀態。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅動力,或者釋放出自身多餘的能量回到基態,所釋放出的能量將傳遞給其他物質的分子,以加速其熱運動,從而縮短萃取組分的分子由固體內部擴散至固液界面的時間,結果使萃取速率提高數倍,並能降低萃取溫度,最大限度地保證萃取物的質量。③由於微波的頻率與分子轉動的頻率相關連,因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉動而引起分子運動的非離子化輻XX能,當它作用於分子時,可促進分子的轉動運動,若分子具有一定的極性,即可在微波場的作用下產生瞬時極化,並以24.5億次/s的速度作極性變換運動,從而產生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞,並迅速生成大量的熱能,促使細胞XX,使細胞液溢出並擴散至溶劑中。在微波萃取中,吸收微波能力的差異可使基體物質的某些區域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使被萃取物質從基體或體系中分離,XX到具有較小介電常數、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。

模擬的有限宇宙微波背景輻XX圖象

圖片說明:模擬的有限宇宙微波背景輻XX圖象,匹配的圓圈上具有相同的冷熱分佈。〗   微波   波長約從1米~0.1毫米(相應的頻率約從 300兆赫到3000吉赫)的電磁波。這段電磁頻譜包括分米波、 厘米波和毫米波等波段。在雷達和常規微波技術中,常用拉丁字母代號表示更細的波段劃分。   以上關於微波的波長或頻率範圍,是一種傳統上的約定。從現代微波技術的發展來看,一般認為短於1毫米的電磁波(即亞毫米波)屬於微波範圍,而且是現代微波研究的一個重要領域。   從電子學和物理學的觀點看,微波這段電磁譜具有一些不同於其他波段的特點。微波在電子學方面的特點表現在它的波長比地球上很多物體和實驗室中常用器件的尺寸相對要小很多,或在同一量級。這和人們早已熟悉的普通無線電波不同,因為普通無線電波的波長遠大於地球上一般物體的尺寸。當波長遠小於物體(如飛機、船隻、火箭、建築物等)的尺寸時,微波的特點和幾何光學的相似。利用這個特點,在微波波段能製成高方向性的系統(如拋物面反XX器)。當波長和物體(如實驗室中的無線電設備)的尺寸有相同量級時,微波的特點又與聲波相近,例如微波波導類似於聲學中的傳聲筒;喇叭天線和縫隙天線類似於喇叭、簫和笛;諧振腔類似於共鳴箱等。波長和物體尺寸在同一量級的特點,提供了一系列典型的電磁場邊值問題。   在物理學方面,分子、原子與核系統所表現的許多共振現象都發生在微波的範圍,因而微波為探索物質的基本特性提供了有效的研究手段。   由於這些特點,微波的產生、放大、發XX、接收、傳輸、控制和測量等一系列技術都不同於其他波段(見微波電子管、微波測量等)。   微波成為一門技術科學,開始於20世紀30年代。微波技術的形成以波導管的實際應用為其標誌。若干形式的微波電子管(速調管、磁控管、行波管等)的發明,是另一標誌。   在第二次世界大戰中,微波技術得到飛躍發展。因戰爭需要,微波研究的焦點集中在雷達方面,由此而帶動了微波元件和器件、高功率微波管、微波電路和微波測量等技術的研究和發展。至今,微波技術已成為一門無論在理論和技術上都相當成熟的學科,又是不斷向縱深發展的學科。   微波振蕩源的固體化以及微波系統的集成化是現代微波技術發展的兩個重要方向。固態微波器件在功率和頻率方面的進展,使得很多微波系統中常規的微波電子管已為或將為固體源所取代。固態微波源的發展也促進了微波集成電路的研究。   頻率不斷向更高範圍推進,仍然是微波研究和發展的一個主要趨勢。60年代激光的研究和發展,已越過亞毫米波和紅外之間的間隙而深入到可見光的電磁頻譜。利用常規微波技術和量子電子學方法,已能產生從微波到光的整個電磁頻譜的輻XX功率。但在毫米波-紅外間隙中的某些頻率和頻段上,還不能獲得足夠用於實際系統的相干輻XX功率。   微波的發展還表現在應用範圍的擴大。微波的最重要應用是雷達和通信。雷達不僅用於國防,同時也用於導航、氣象測量、大地測量、工業檢測和交通管理等方面。通信應用主要是現代的衛星通信和常規的中繼通信。XX電望遠鏡、微波加速器等對於物理學、天文學等的研究具有重要意義。毫米波微波技術對控制熱核反應的等離子體測量提供了有效的方法。微波遙感已成為研究天體、氣象和大地測量、資源勘探等的重要手段。微波在工業生產、農業科學等方面的研究,以及微波在生物學醫學等方面的研究和發展已越來越受到重視(見微波應用、微波能應用、微波醫學應用等)。   微波與其他學科互相滲透而形成若干重要的邊緣學科,其中如微波天文學、微波氣象學、微波波譜學、量子電動力學、微波半導體電子學、微波超導電子學等,已經比較成熟。微波聲學的研究和應用已經成為一個活躍的領域。微波光學的發展,特別是70年代以來光纖技術的發展,具有技術變革的意義(見微波和XX頻波譜學)。   常用的無線傳輸介質是微波、激光和紅外線,通信介質也稱為傳輸介質,用於連接電腦網路中的網路設備,傳輸介質一般可分為有線傳輸介質和無線傳輸介質!   葉聖陶作品   葉聖陶作品之一