Calfament dielèctric
El calfament dielèctric , també conegut com a calfament electrònic, calfament per radiofrecuencia i calfament per alta freqüència , és el procés per mig del qual un camp elèctric altern de radiofrecuencia (RF), o una radiació electromagnètica d'ones de radi o microones , calfa un material dielèctric . A freqüències més altes, este calfament es produïx per la rotació de dipols moleculars dins del dielèctric.
Mecanisme
El ranc de freqüències més utilisat per al calfament dielèctric es correspon en la part del espectre de microones entre 3 MHz ai 30 GHz, lo que correspon a una llongitut d'ona de 100 m a 1 cm. [1]
L'efecte de calfament es basa en l'interacció del camp electromagnètic en el material dielèctric. El camp aplicat provoca un desplaçament de les partícules carregades en el material , lo que dona lloc a dipols induïts. Els dipols (ya siguen induïts o dipols permanents com la molècula d'aigua) responen al camp elèctric, intentant un allineament en este. Per l'inèrcia dels dipols i a la seua interacció en molècules veïnes, el camp oscila més ràpit que el temps de resposta dels dipols moleculars lo que provoca que es troben sempre llaugerament desfasados sobre el camp, en l'aument corresponent del moviment. Açò provoca una transferència d'energia del camp elèctric al material que produïx un aument de la temperatura.[1][2][3]
Esta potència dissipat que provoca un aument de la temperatura del material es coneix com a pèrdua dielèctrica[4] i, despreciant els efectes magnètics, es calcula com[5]
___MATH_0___
sent Q la potència dissipada per unitat de volum en W/m³, ω la freqüència angular d'oscilació del camp, ε0 la permitividad del buit, ε'' el factor de pèrdua efectiu (part imaginària de la constant diélectrica) i I2 l'intensitat del camp elèctric en V/m
La majoria dels materials pertanyen a este tipo de dielèctrics en pèrdues. La radiació electromagnètica poden penetrar certa distància en el material, lo que dona lloc a lo que es denomina un calfament volumètric, a diferència d'una calfament convencional que escomença en la superfície externa i es transmet al restant del volum per conducció . La profunditat de penetració es pot calcular per mig de l'equació[1][5]
___MATH_1___
para εʺ ≪ εʹ
en εʹ com la part real de la constant diélectrica i λ0 la llongitut d'ona de les microones.
Açò no significa que, inclús a profunditats superiors a la profunditat de penetració, no seguixca existint calfament. L'atenuació exponencial de les microones implica, per la pròpia definició de profunditat de penetració, que l'intensitat de l'ona incident es reduïx 1/i (aproximadament el 36,8 %) de l'intensitat inicial a dita profunditat. A banda de que es pot seguir transmetent calor a l'interior del volum per conducció.
Aplicació al forn de microones
El forn de microones utilisa una freqüència de 2,45 GHz (λ0 = 12,23 cm) precisament perque per a l'aigua (i la majoria d'aliments) la profunditat de penetració a eixa freqüència és d'uns pocs centímetros (entre 2 i 4,5 cm per a la majoria d'aliments[6]). A mida que utilisàrem freqüències menors, canviaria l'absorció de l'aigua i disminuiria l'efecte mentres que per a freqüències majors la profunditat de penetració aniria disminuint i l'aliment només es calfaria en capes cada volta més exteriors.[3]
Que la freqüència elegida siga exactament eixa i no una atra similar no es deu a cap propietat física sino a que es troba dins d'una banda ISM que podria ser utilisada sense llicència per l'indústria[1][7] Aixina, l'idea de que eixa freqüència va ser elegida com resonante en una del espectre d'absorció de l'aigua és completament falsa, encara que es puga trobar en molts llocs. La primera freqüència resonante significativa de l'aigua es troba per damunt d'1 THz.[8]
El calfament dielèctric pot penetrar profundament en un material, depenent de la freqüència del camp electromagnètic i de les propietats del material. Pero per l'atenuació de les microones, a mida que la seua energia es convertix en calor en l'aliment, el calfament dielèctric disminuïx exponencialment en la profunditat.
La permitividad varia per als diferents component dels aliments, lo que crea un calfament dielèctric selectiu reflectit com un calfament inhomogéneo dels aliments. Este fenomen s'ha explicat erròneament com que el forn de microones calfa els aliments des de l'interior[6]
Esta falsa idea de calfament de dins a fòra sí que podria ser més pròxima a la realitat en el fenomen d'inversió de perfil de temperatura, provocat a voltes per l'exposició a l'aire més fret en l'interior del forn de microones (les microones no calfen l'aire), produint un refredat més ràpit de la superfície mentres que el menor calfament dieléctrio interior s'acumula per l'aïllament tèrmic del propi aliment.[5]
Com la permitividad és ademés una funció de la temperatura, la profunditat de penetració també depén d'esta. En la pràctica, açò significa que la cantitat del volum d'aliment exposta directament al calfament dielèctric pot variar a mida que alvança el propi calfament i que una cantitat que inicialment es considerava massa gran per al seu cuinat pot resultar més adequada quan s'alcança un determinat nivell de temperatura.[5]
Referències
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 «Dielectric Heating».Linn High Temp GmbH.Consultat el 30-7-2025.
- ↑ «Microwave Chemistry. Introductory page». homepages.ed.ac.uk. Archivat des d'el original, el 2010-07-06. Consultat el 2025-07-30.
- ↑ 3,0 3,1 «Physics of the microwave oven».Physics Education.39(1)
- 74–81.ISSN 0031-9120.doi:10.1088/0031-9120/39/1/006.Consultat el 2025-07-30.
- ↑ «Loss in dielectrics». www.doitpoms.ac.uk. Consultat el 2025-07-30.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 (2017-09-25) Microwave Chemistry (en en), De Gruyter. doi:10.1515/9783110479935/html. ISBN 978-3-11-047993-5.
- ↑ 6,0 6,1 «Do Microwaves Cook From The Inside Outwards? Debunking Microwave Cooking Myths and Understanding How It Works - Technology Org» (en en-us). Consultat el 2025-07-30.
- ↑ «Understanding the Basics: What is 2.4 GHz ISM and Why It Matters» (en en). Wray Castle. Consultat el 2025-07-30.
- ↑ «Electromagnetics Explained» (en en). ScienceDirect. Consultat el 2025-07-30.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Calentamiento dieléctrico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.