การคิดค้นวิธีปรุงอาหารและการใช้ไฟมีบทบาทอย่างมากในวิวัฒนาการของมนุษย์ เราได้เรียนรู้ที่จะใช้ไฟในการปรุงอาหารการละลาย โลหะ สำหรับกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม ฯลฯ แต่ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นเมื่อเราคิดค้นวิธีการทำสิ่งเดียวกันโดยไม่ใช้ไฟ ด้วยหลักสูตรของเวลาและ การพัฒนาเทคโนโลยี เราได้พัฒนาทางเลือกมากมายเพื่อใช้แทนการใช้ไฟในกระบวนการทำความร้อน หนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่น่าทึ่งเช่นนี้คือหลักการของ 'การให้ความร้อนด้วยฉนวน' มาดูกันว่าหลักการนี้ทำงานอย่างไรและนำไปใช้อย่างไร
Dielectric Heating คืออะไร?
คำจำกัดความของการให้ความร้อนแบบอิเล็กทริกสามารถระบุได้ว่า - 'กระบวนการทำให้วัสดุร้อนขึ้นโดยทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กทริกในโมเลกุลโดยใช้ สนามไฟฟ้าสลับ “. วัสดุทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอม แผนภาพวงจรความร้อนอิเล็กทริก ดังแสดงด้านล่าง
โมเลกุลของขั้วประกอบด้วยโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า เมื่อโมเลกุลดังกล่าวสัมผัสกับสนามไฟฟ้าพวกมันจะพยายามจัดตัวเองตามทิศทางของสนาม เมื่อสนามที่ใช้มีการสั่นโมเลกุลของวัสดุเหล่านี้จะได้รับการหมุนเวียนเพื่อให้ตัวเองอยู่ในแนวเดียวกัน เมื่อสนามเปลี่ยนทิศทางโมเลกุลเหล่านี้จะกลับทิศทางด้วย กระบวนการนี้เรียกว่า“ Dielectric Rotation”
อุณหภูมิของโมเลกุลเกี่ยวข้องกับพลังงานจลน์ของโมเลกุล ในการหมุนอิเล็กทริกของโมเลกุลเมื่อพลังงานจลน์ของโมเลกุลเพิ่มขึ้นอุณหภูมิของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น เมื่อโมเลกุลชนกันหรือสัมผัสกับโมเลกุลอื่น พลังงานนี้ ถูกถ่ายโอนไปยังทุกส่วนของวัสดุจึงทำให้วัสดุร้อนขึ้น
ดังนั้นการหมุนอิเล็กทริกใน วัสดุ มักเรียกว่าการให้ความร้อนแบบอิเล็กทริกของวัสดุ การทำความร้อนนี้ทำได้โดยใช้สนามไฟฟ้าของความถี่ RF หรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ฟิลด์ที่ใช้ควรจะสั่นเพื่อให้เกิดการหมุนอิเล็กทริก ความถี่และความยาวคลื่นของสนามที่ใช้มีผลต่อการทำงานของระบบด้วย
เครื่องทำความร้อนอิเล็กทริกทำงาน
ดังที่อธิบายไว้ด้านล่างแผนภาพวงจรของระบบทำความร้อนอิเล็กทริกประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นที่ใช้สนามไฟฟ้า วัสดุที่จะให้ความร้อนวางอยู่ระหว่างโลหะทั้งสองนี้ มีสองวิธีที่วัสดุให้ความร้อนโดยใช้กระบวนการทำความร้อน
การทำความร้อนโดยใช้คลื่นความถี่ต่ำเป็นเอฟเฟกต์ใกล้สนามและให้ความร้อนด้วยคลื่นความถี่สูงโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ประเภทของวัสดุที่ให้ความร้อนโดยใช้คลื่นประเภทต่างๆเหล่านี้ก็แตกต่างกันเช่นกัน
คลื่นความถี่ต่ำมีความยาวคลื่นสูงกว่า ดังนั้นจึงสามารถเจาะผ่านวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าได้ลึกกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ระบบที่ใช้สนามความถี่ต่ำควรมีระยะห่างระหว่างหม้อน้ำและตัวดูดซับน้อยกว่า 1 / 2πของความยาวคลื่น ดังนั้นกระบวนการให้ความร้อนโดยใช้สนามไฟฟ้าความถี่ต่ำจึงเป็นกระบวนการสัมผัสใกล้
ระบบความถี่สูงกว่าจะมีความยาวคลื่นต่ำกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและ ไมโครเวฟ ใช้สำหรับระบบเหล่านี้ ในระบบเหล่านี้ระยะห่างระหว่างแผ่นโลหะจะมากกว่าความยาวคลื่นของสนามที่ใช้ ในระบบเหล่านี้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสนามไกลทั่วไปจะเกิดขึ้นระหว่างแผ่นโลหะ
การใช้เครื่องทำความร้อนแบบอิเล็กทริก
หลักการให้ความร้อนแบบอิเล็กทริกโดยใช้สนามไฟฟ้าความถี่สูงได้รับการเสนอในทศวรรษที่ 1930 ที่ Bell Telephone Laboratories ด้วยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของสนามไฟฟ้าระบบอิเล็กทริกได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานหลายประเภท
เมื่อใช้ไมโครเวฟ
ในการทำความร้อนแบบอิเล็กทริกนี้ 2.45GHz ของ ไมโครเวฟความถี่ ถูกนำมาใช้. เตาอบไมโครเวฟที่ใช้ในบ้านเป็นตัวอย่างของการใช้งานประเภทนี้ ระบบเหล่านี้ให้ระบบทำความร้อนที่เจาะน้อยและมีประสิทธิภาพสูง ความร้อนตามปริมาตรของไมโครเวฟให้ความลึกของการเจาะที่มากขึ้น ดังนั้นเครื่องทำความร้อนนี้จึงใช้สำหรับทำความร้อนของเหลวสารแขวนลอยและของแข็งในระดับอุตสาหกรรม
เตาอบไมโครเวฟ
การให้ความร้อนตามปริมาตรด้วยไมโครเวฟใช้สำหรับการพาสเจอร์ไรซ์การพาสเจอร์ไรซ์แบบแฟลชเคมีไมโครเวฟการฆ่าเชื้อการถนอมอาหารการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพเป็นต้น
เมื่อใช้ความถี่วิทยุ
- RF อิเล็กทริกมักพบการใช้งานในพื้นที่การผลิตพืช
- ความร้อนประเภทนี้ใช้เพื่อฆ่าศัตรูพืชบางชนิดในอาหารหลังการเก็บเกี่ยวพืชผล
- เครื่องทำความร้อนประเภทนี้สามารถให้ความร้อนกับวัสดุได้อย่างสม่ำเสมอ
- การให้ความร้อนประเภทนี้สามารถแปรรูปอาหารได้อย่างรวดเร็ว
- Diathermy กระบวนการให้ความร้อน RF ของกล้ามเนื้อสำหรับการบำบัดด้วยกล้ามเนื้อใช้ความร้อนประเภทนี้
- กระบวนการที่เรียกว่าการบำบัดด้วย Hyperthermia ซึ่งใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้น
- ฆ่ามะเร็งและเนื้อเยื่อเนื้องอกใช้ความร้อนด้วยความถี่ RF
กระบวนการทำอาหาร
ในภายหลังการอบบิสกิตในสายการผลิตการให้ความร้อนด้วยฉนวน RF จะช่วยลดเวลาในการอบ บิสกิตขนาดรูปร่างและสีที่เหมาะสมสามารถผลิตได้ด้วยเตาอบ แต่การให้ความร้อน RF สามารถขจัดความชื้นที่เหลือจากส่วนที่แห้งแล้วของบิสกิตได้
- เครื่องทำความร้อน RF สามารถเพิ่มความจุของเตาอบที่ใช้ในโรงงานผลิตอาหารได้ถึง 50%
- ผลิตภัณฑ์สำหรับเด็กที่ทำจากธัญพืชและอาหารเช้าซีเรียลใช้กระบวนการหลังการอบโดยการให้ความร้อนด้วยฉนวน RF
- ในการอบแห้งอาหารจะใช้การอบแบบอิเล็กทริกร่วมกับการอบแบบธรรมดา
- เมื่อใช้อิเล็กทริกแม่เหล็กไฟฟ้าในการอบอาหารจะได้คุณภาพที่ดีขึ้น
- คุณสมบัติทางโภชนาการและทางประสาทสัมผัสของอาหารสามารถเก็บรักษาไว้ได้ในระหว่างการแปรรูปอาหารเมื่อใช้ความร้อนแบบอิเล็กทริกแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากอุณหภูมิในการประมวลผลที่สูงขึ้นสามารถทำได้ในระยะเวลาอันสั้น
ตั้งแต่ช่วงเวลาของการประดิษฐ์เครื่องทำความร้อนอิเล็กทริกถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ จากอาหารที่น่าทึ่ง โปรเซสเซอร์ สำหรับวิธีการผ่าตัดด้วยไฟฟ้าที่แม่นยำอิเล็กทริกพบว่ามีการประยุกต์ใช้ในเกือบทุกสาขาของวิทยาศาสตร์
การตั้งค่ากลไกการทำความร้อนอิเล็กทริกสามารถดูได้ว่าคล้ายกับโครงสร้างของ ตัวเก็บประจุ . ในอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุจะถูกวางไว้ระหว่างแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นและผลิตกระแสไฟฟ้าในอิเล็กทริก ในขณะที่ในระบบทำความร้อนอิเล็กทริกวัสดุที่จะให้ความร้อนจะถูกวางไว้ระหว่างแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่นซึ่งจะมีการใช้สนามไฟฟ้าและเกิดความร้อนภายในวัสดุ
วันนี้ เครื่องทำความร้อนอิเล็กทริก ได้พบการใช้งานมากมายในอุตสาหกรรมการเกษตรสำหรับการใช้วิธีการควบคุมศัตรูพืชหลายวิธี สนามไฟฟ้าที่ใช้กับเตาไมโครเวฟคือความถี่ต่ำหรือสนามความถี่สูงกว่า?
