誘電加熱 - 暇つぶしWikipedia

誘電加熱

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「誘導加熱」とは異なります。
電子レンジは食品を調理するために誘電加熱を使用する。

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出典検索?: "誘電加熱" ? ニュース・書籍・スカラー・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ジャパンサーチ・ TWL（2016年6月）

分子の回転は、電気双極子モーメントを有する極性分子を含む誘電体の中で起こり、その結果、電磁場中の向きに従って分子が整列する。電磁波や交流電場のように電場が振動している場合、分子は振動する電場に向きをあわせることによって、連続的に回転する。これは双極子回転 (dipole rotation)、または双極子分極 (dipolar polarisation) と呼ばれる。電場が入れ替わるにつれ、分子は方向を逆にする。回転する分子は（電気力によって）他の分子を押し引きし、衝突し、エネルギーを誘電体内の隣接する分子・原子に分配する。線源から試料へのエネルギー移動の過程は放射加熱の一形態である。

温度は、誘電体中の原子・分子の平均運動エネルギーに関係しているので、このように分子が撹拌されると、誘電体の温度が上がる。このように、双極子回転とは、電磁放射の形のエネルギーを物体の温度の上昇に変換するメカニズムである。この変換が行われる他のメカニズムもある [1]。

双極子回転は、通常は誘電加熱と呼ばれるメカニズムであり、身近な所では電子レンジで使われている。液体の水で最も効果的に機能するが、脂肪や糖類ではそれほど機能しない。これは、脂肪や糖の分子は水分子よりはるかに極性が低く、そのため電磁場によって発生する力による影響が少ない為である。電気双極子が含まれていれば、調理以外でも一般に固体・液体・気体の加熱にこの効果を使用できる。
特徴

誘電加熱の特徴として、均質加熱、迅速（高速）加熱、選択加熱が挙げられる。電磁波に暴露された物質が、単位体積あたりに得るエネルギーWは、以下の式に従う。

W = 1 2 ω ϵ ″ ∣ E ∣ 2 + 1 2 ω μ ″ ∣ H ∣ 2 {\displaystyle W={\frac {1}{2}}\omega \epsilon ^{''}\mid E\mid ^{2}+{\frac {1}{2}}\omega \mu ^{''}\mid H\mid ^{2}}

ここで、 ϵ ″ {\displaystyle \epsilon ^{''}} : 複素誘電率、 μ ″ {\displaystyle \mu ^{''}} : 複素透磁率、E: 電界強度、H: 磁界強度である。誘電加熱は、外部熱源による加熱と異なり、熱伝導や対流の影響がほとんど無視できる。上式のE, Hを増加させることで、被加熱物質を均一に高速で加熱できるので、この特徴を指して均質加熱、迅速（高速）加熱と呼ぶ。電磁波は電界と磁界成分で構成されているが、電界は誘電体を、磁界は導体や磁性体を加熱できる。物質ごとに上式の複素誘電率、複素透磁率が違うことを利用すれば、加熱対象を電磁波の照射法で選択できる。この特徴を指して選択加熱と呼ぶ。
電力半減深度

マイクロ波によって被加熱物が加熱されるとき、被加熱物の材質やマイクロ波の周波数によって加熱される深さが異なる。マイクロ波のエネルギー密度が被加熱物の表面に比べて1/2に減衰する距離を電力半減深度 D {\displaystyle D} と呼び [2]、周波数を f {\displaystyle f} 、誘電率を ϵ {\displaystyle \epsilon } 、誘電正接を tan ⁡ δ {\displaystyle \tan \delta } とすると、次式で表される [3][4]。

D = 3.32 × 10 7 f ϵ tan ⁡ δ {\displaystyle D={\frac {3.32\times 10^{7}}{f{\sqrt {\epsilon }}\tan \delta }}} (m)

したがって、マイクロ波の周波数が高いほど表面が加熱されやすく、周波数が低ければ厚みのある材料を均一に加熱しやすくなる [4]。

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
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