不同功率下電解質(zhì)溶液介電常數(shù)測量中的特殊現(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)體系相互作用的機理還沒有真正被認識，相互作用過程中產(chǎn)生的特殊效應(yīng)仍然是人們爭論的焦點。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高功率的微波與物質(zhì)相互作用時，物質(zhì)的介電常數(shù)常常會發(fā)生變化，導(dǎo)致系統(tǒng)對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、波功率下對物質(zhì)介電常數(shù)的測量，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)體系中最簡單一種情形的電解質(zhì)溶液作為研究對象，研究內(nèi)容和創(chuàng)新點主要有以下三個方面。 第一，通過開口同軸線測量了去離子水、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時的反射系數(shù)；根據(jù)電容模型計算了這三種電解質(zhì)溶液的介電常數(shù)。實驗和計算結(jié)果表明，在幾瓦和幾十瓦的數(shù)量級上的微波功率下，電

3、解質(zhì)溶液介電常數(shù)的測量值也會發(fā)生變化。 第二，因為微波加熱是個快過程，而溶液散熱是個相對較慢的過程，所以通過改變測試點功率順序來減少實驗過程中的熱效應(yīng)，并且在實驗測量過程中，用光纖溫度計記錄了溶液各個位置溫度的變化。實驗結(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，進一步從電解質(zhì)溶液離子電導(dǎo)理論方面對介電常數(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、使用開口同軸線進行電解質(zhì)溶液介電常數(shù)的實驗測量時，由于測量時間較長以及電化學(xué)反應(yīng)的影響，使得溶液中常常會產(chǎn)生氣泡并且附著在測量探頭的外表面上，通過運用有限元方法對終端開路同軸探頭、氯化鈉溶液以及附著在測量探頭外表面上的氣泡進行了數(shù)值仿真，求出了計算區(qū)域的電磁場分布和探頭終端開口面上的反射系數(shù)，同樣運用電容模型計算出電解質(zhì)溶液的等效介電常數(shù)。計算結(jié)果表明，電解質(zhì)溶液介電常數(shù)測量值的實部受氣泡影響很小，而虛部受氣泡的位置、大小和個數(shù)的影響，