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法學介電加熱：工作原理和優勢
什麼是介電加熱？
利用高頻交流電場、無線電波或微波電磁輻射加熱介電材料的過程稱為**介電加熱**。
介電加熱也稱為電子加熱、射頻 (R.F.) 加熱、高頻加熱和透熱療法。
介電加熱主要用於加熱木材、塑膠和陶瓷等絕緣體，這些材料難以透過其他加熱方法進行均勻加熱。
介電加熱所需的輸入電源頻率範圍為 10 MHz 至 15 MHz，施加電壓為 20 kV。
介電加熱原理
介電加熱方法的工作原理與電容器（即靜電）相同。眾所周知，介電加熱只能用於加熱非導電材料。在這種加熱方法中，待加熱的介電材料放置在兩個導電電極之間，並在電極之間施加高頻交流電壓。
介電加熱過程的示意圖和等效電路如下圖所示。
參考下圖。有兩個電極，由介電介質（即待加熱的材料）隔開，並在電極之間施加高頻電位差。這種佈置形成一個電容器。等效電路的相量圖也顯示在上圖中。介電加熱裝置中形成的電容器可能不是純電容器，因此電路中也並聯了一個電阻器“R”。但是，電阻“R”的值非常高，因此流過它的電流非常小。因此，電容電流Ic可以認為等於總電流I。
數學分析
介電加熱方法中產生的熱量或消耗的功率的數學表示式可以如下推導：
設
$$\mathrm{\mathrm{消耗功率，}\:\mathit{P}\:=\:\mathit{VI\:cos\:\theta}}$$
因此，電路中的總電流由下式給出：
$$\mathrm{\mathit{I}\:=\:\mathit{I_{\mathit{c}}}\:+\:\mathit{I_{\mathit{R}}}}$$
雖然電流 IR 可以忽略不計，因此可以忽略。
$$\mathrm{\therefore \mathit{I}\cong \:\mathit{I_{\mathit{c}}}}$$
$$\mathrm{\therefore\:\mathit{P} \:=\:\mathit{VI_{\mathit{c}}\:cos\:\theta s}}$$
$$\mathrm{\because \mathit{I_{\mathit{c}}\:=\:\frac{\mathit{V}}{\mathit{X_{\mathit{c}}}}\:\mathrm{and}\:\mathit{X_{\mathit{c}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi \mathit{fC}}}}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow \mathit{I_{\mathit{c}}}\:=\:\mathrm{2\pi \mathit{fCV}}}$$
$$\mathrm{\therefore \mathit{P}\:=\:\mathit{V}\mathrm{\left ( \mathrm{2\pi }\mathit{fCV} \right )}\:\mathrm{cos\:\theta}\:=\:\mathrm{2\pi }\mathit{fCV^{\mathrm{2}}}\:\mathrm{cos\:\theta}}$$
其中，平行板電容器的電容由下式給出：
$$\mathrm{\mathit{C}\:=\:\frac{\epsilon _{\mathrm{0}}\epsilon _{\mathit{r}}\mathit{A}}{\mathit{t}}}$$
其中：
$\epsilon _{\mathrm{0}}$ 是真空或空氣的介電常數。
$\epsilon _{\mathit{r}} $是待加熱介電材料的相對介電常數。
A 是極板（電極）的表面積。
t 是待加熱材料的厚度。
參考相量圖：
$$\mathrm{\mathit{\theta}\:=\:\mathrm{90^{\circ}}-\delta }$$
$$\mathrm{\Rightarrow \mathrm{cos\:\theta}\:=\:\mathrm{cos\mathrm{\left ( \mathrm{90^{\circ}}-\delta \right )}}\:=\:\mathrm{sin\:\delta }}$$
當 δ 很小時，我們有：
$$\mathrm{\mathrm{cos\:\theta}\:=\:\mathrm{sin\:\delta}\:=\:\delta }$$
$$\mathrm{\therefore \mathit{P}\:=\:\mathrm{2\pi \mathit{fCV^{\mathrm{2 }}\delta }}\:\mathrm{watts}}$$
此功率在介電加熱中轉換為熱量。這裡，對於特定待加熱材料，電容 (C) 和角度 δ 將保持不變。
因此：
$$\mathrm{\mathit{P}\propto \mathit{fV^{\mathrm{2}}}}$$
這就是為什麼介電加熱使用高頻高壓的原因。
介電加熱的優勢
介電加熱的優勢如下：
使用介電加熱，材料的加熱是均勻的，因為熱量是在材料本身內部產生的。
透過提高頻率，可以加快加熱過程。
介電加熱是唯一一種用於加熱非導電材料的方法。
使用介電加熱，可以根據需要立即停止加熱。
使用這種方法，可以安全地加熱易燃物品，如塑膠、木製品等。
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