不同功率下電解質(zhì)溶液介電常數(shù)測(cè)量中的特殊現(xiàn)象研究與分析.pdf

1、微波已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，但是微波與生物組織或化學(xué)反應(yīng)體系相互作用的機(jī)理還沒有真正被認(rèn)識(shí)，相互作用過程中產(chǎn)生的特殊效應(yīng)仍然是人們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高功率的微波與物質(zhì)相互作用時(shí)，物質(zhì)的介電常數(shù)常常會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)微波的吸收突然增加，往往由于溫升過渡將反應(yīng)物燒毀甚至損害微波系統(tǒng)。從這個(gè)現(xiàn)象出發(fā)，研究和分析物質(zhì)介電常數(shù)與微波功率的關(guān)系，為深入研究和探討微波的特殊效應(yīng)提供有益的參考。通過在幾瓦到幾十瓦的微

2、波功率下對(duì)物質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量，同樣也發(fā)現(xiàn)了介電常數(shù)隨功率變化這種特殊現(xiàn)象。 本文以生物組織和化學(xué)反應(yīng)體系中最簡(jiǎn)單一種情形的電解質(zhì)溶液作為研究對(duì)象，研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下三個(gè)方面。 第一，通過開口同軸線測(cè)量了去離子水、草酸鈉溶液和氯化鈉溶液在不同的微波功率下、在恒溫水浴為34°C微波頻率為915MHz時(shí)的反射系數(shù)；根據(jù)電容模型計(jì)算了這三種電解質(zhì)溶液的介電常數(shù)。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明，在幾瓦和幾十瓦的數(shù)量級(jí)上的微波功率下，電

3、解質(zhì)溶液介電常數(shù)的測(cè)量值也會(huì)發(fā)生變化。 第二，因?yàn)槲⒉訜崾莻€(gè)快過程，而溶液散熱是個(gè)相對(duì)較慢的過程，所以通過改變測(cè)試點(diǎn)功率順序來減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱效應(yīng)，并且在實(shí)驗(yàn)測(cè)量過程中，用光纖溫度計(jì)記錄了溶液各個(gè)位置溫度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，電解質(zhì)溶液的介電常數(shù)隨功率變化的主要原因不是由微波的熱效應(yīng)引起的。然后，進(jìn)一步從電解質(zhì)溶液離子電導(dǎo)理論方面對(duì)介電常數(shù)隨功率的變化作了解釋，由此說明了這種特殊現(xiàn)象應(yīng)該屬于微波的非熱效應(yīng)。 第三，在

4、使用開口同軸線進(jìn)行電解質(zhì)溶液介電常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，由于測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)以及電化學(xué)反應(yīng)的影響，使得溶液中常常會(huì)產(chǎn)生氣泡并且附著在測(cè)量探頭的外表面上，通過運(yùn)用有限元方法對(duì)終端開路同軸探頭、氯化鈉溶液以及附著在測(cè)量探頭外表面上的氣泡進(jìn)行了數(shù)值仿真，求出了計(jì)算區(qū)域的電磁場(chǎng)分布和探頭終端開口面上的反射系數(shù)，同樣運(yùn)用電容模型計(jì)算出電解質(zhì)溶液的等效介電常數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，電解質(zhì)溶液介電常數(shù)測(cè)量值的實(shí)部受氣泡影響很小，而虛部受氣泡的位置、大小和個(gè)數(shù)的影響，