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不同功率下电解质溶液介电常数测量中的特殊现象研究与分析

方峪枫

   微波已经广泛地应用于工农业生产及科学研究的各个领域,但是微波与生物组织或化学反应体系相互作用的机理还没有真正被认识,相互作用过程中产生的特殊效应仍然是人们争论的焦点。人们已经发现,高功率的微波与物质相互作用时,物质的介电常数常常会发生变化,导致系统对微波的吸收突然增加,往往由于温升过渡将反应物烧毁甚至损害微波系统。从这个现象出发,研究和分析物质介电常数与微波功率的关系,为深入研究和探讨微波的特殊效应提供有益的参考。通过在几瓦到几十瓦的微波功率下对物质介电常数的测量,同样也发现了介电常数随功率变化这种特殊现象。 本文以生物组织和化学反应体系中最简单一种情形的电解质溶液作为研究对象,研究内容和创新点主要有以下三个方面。 第一,通过开口同轴线测量了去离子水、草酸钠溶液和氯化钠溶液在不同的微波功率下、在恒温水浴为34℃微波频率为915MHz时的反射系数;根据电容模型计算了这三种电解质溶液的介电常数。实验和计算结果表明,在几瓦和几十瓦的数量级上的微波功率下,电解质溶液介电常数的测量值也会发生变化。 第二,因为微波加热是个快过程,而溶液散热是个相对较慢的过程,所以通过改变测试点功率顺序来减少实验过程中的热效应,并且在实验测量过程中,用光纤温度计记录了溶液各个位置温度的变化。实验结果显示,电解质溶液的介电常数随功率变化的主要原因不是由微波的热效应引起的。然后,进一步从电解质溶液离子电导理论方面对介电常数随功率的变化作了解释,由此说明了这种特殊现象应该属于微波的非热效应。 第三,在使用开口同轴线进行电解质溶液介电常数的实验测量时,由于测量时间较长以及电化学反应的影响,使得溶液中常常会产生气泡并且附着在测量探头的外表面上,通过运用有限元方法对终端开路同轴探头、氯化钠溶液以及附着在测量探头外表面上的气泡进行了数值仿真,求出了计算区域的电磁场分布和探头终端开口面上的反射系数,同样运用电容模型计算出电解质溶液的等效介电常数。计算结果表明,电解质溶液介电常数测量值的实部受气泡影响很小,而虚部受气泡的位置、大小和个数的影响,而且由于气泡的存在使得溶液不均匀,电容模型的使用也会给计算结果带来误差。……   
[关键词]:微波功率;电解质溶液;介电常数;气泡
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:四川大学2007年