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《超音波的新興研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、2009全國高中生科普論文寫作競賽成果報告書參賽編號：A-0039作品名稱：淺談微波與超音波學(xué)生姓名：蔡佰霖、蘇達華、江旻瑩教師姓名：林永專、陳威宏關(guān)鍵字：超音波、微波、空穴效應(yīng)壹?前言近幾年來，超音波及微波之應(yīng)用的各項硏究才開始活躍起來，由於超音波頻率高、波長短,故具有多項特性，包括傳播方向固定、能量大、穿透能力強及空穴效應(yīng)等。對於許多化學(xué)家而言，利用各種方法來增加反應(yīng)物的反應(yīng)速率，方法有加熱、通電、或是加入各式各樣的催化劑。有時則是希望可以把反應(yīng)物不需要的部份透過打斷鍵結(jié)的方式以利實驗進行。而超音波對於反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的應(yīng)力則可將化合物中的特定鍵
2、結(jié)拉斷。微波方法應(yīng)用於化學(xué)反應(yīng)之歷史雖不算長，但由於其相較於傳統(tǒng)加熱方式有著相當(dāng)多的優(yōu)點,如安全乂方便、加熱速度快、可均勻加熱、節(jié)能效率高、自動化控制等,故漸漸地也慢慢有取代傳統(tǒng)熱力加熱之趨勢。由於微波與超音波具有上述多項優(yōu)點,我們就想微波與超音波是否可以結(jié)合起來促進化學(xué)反應(yīng)的進行呢？貳?正文《一》、微波部份-、什麼是微波？(註1)微波是電磁波的一種。什麼是電磁波？從科學(xué)的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。電與磁可說是一體兩面，變動的電會產(chǎn)生磁,變動的磁則會產(chǎn)生電。電磁的變動就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此
3、被稱爲(wèi)電磁波。微波(microwave)是一種電磁波，位於光譜的遠紅外光區(qū)'其頻率介於300MHz至300GHz的範(fàn)圍之內(nèi)。VISIBLEINFRAREDLIGHTUVMICROWAVEX-RAYRADIOENERGY5,000,000,0000.0000002480J24Z484960.50.0005nanometers2.480.000electronvoltsGAMMA二、微波化學(xué)的研究1%起源早期微波僅被當(dāng)作通訊專用的波段，在第二次世界大戰(zhàn)屮，由於雷達的發(fā)明與使用,使得微波技術(shù)的發(fā)展突飛猛進,在一個偶然的機會屮,發(fā)現(xiàn)它可以用於水分子的加熱
4、，因而引發(fā)了微波加熱的硏究。於是微波加熱的技術(shù)被推展在其他領(lǐng)域屮：工業(yè)上，例如煤的去硫處理、冷凍食品的解凍以及西式麵食的乾燥;在分析化學(xué)上，例如肉類食品溼度及脂肋的測定以及分析樣品的萃??；至於家用微波爐的問世'更改變了人們對傳統(tǒng)加熱的依賴。2、微波加熱原理風(fēng)扇microwavesFan竜磁管Magnetron根據(jù)E=hv(h=6.626xl0-34Js，稱爲(wèi)蒲朗克常數(shù)，v爲(wèi)電磁波頻率，單位爲(wèi)s")，微波本身所具有的能量比X光以及UV光小，但是微波的能量可以增加極性分子的轉(zhuǎn)動能，進而影響分子的內(nèi)能。當(dāng)微波作用於分子時，會促進分子的轉(zhuǎn)動運動，此時分
5、子的內(nèi)能增加，我們稱分子處於激發(fā)態(tài)(excitedstate)，當(dāng)分子由激發(fā)態(tài)回復(fù)到基態(tài)(groundstate)時，便將能量以熱或其他的形式釋出；有些物質(zhì)可與特定的微波產(chǎn)生作用，即容易吸收微波，且將之轉(zhuǎn)換成熱能，我們稱此類物質(zhì)爲(wèi)非穿透性^(non-transparent)，如水、甲醇；與微波作用小的物質(zhì)，可以讓微波通過而不吸收其能量'我們稱爲(wèi)穿透性^(transparent)如玻璃，塑膠。Beamof3、微波爐的基本構(gòu)造微波爐的發(fā)明者是美閾的斯本塞。1945年，他觀察到微波能使周圍的物體發(fā)熱。因而提出微波能使物體發(fā)熱的論點。雷聲公司受斯本塞實驗
6、的硏發(fā)，在1947年，雷聲公司推出了第一臺家用微波爐?，F(xiàn)代一般家用微波爐的主要構(gòu)造分成磁控管(magnetron)、波導(dǎo)(waveguide)、微波腔(microwavecavity)、方向攪拌器(modestirrer)、循環(huán)攪拌器(circulator)以及轉(zhuǎn)盤(turntable)等六個部份。磁控管將電能轉(zhuǎn)換成電磁能，經(jīng)由波導(dǎo)傳送進入微波腔，並在方向攪拌器的作用下均勻分布至各個方向，循環(huán)攪拌器將微波腔內(nèi)未被吸收而反射回波導(dǎo)內(nèi)的微波，與將進入微波腔的微波分開，並將這些反射的微波轉(zhuǎn)換成熱能導(dǎo)出微波爐外，轉(zhuǎn)盤可做360度轉(zhuǎn)動，使物質(zhì)在微波爐內(nèi)受熱
7、均勻。家用微波爐所使用的微波頻率爲(wèi)2450MHz，輸出功率通常介於500?1500W之間'待加熱的食品放在轉(zhuǎn)盤上。4、微波之觸媒催化反應(yīng)(註7)微波化學(xué)催化促進的變因與觸媒於兩相反應(yīng)扮演的角色微波方法之所以會逐漸取代傳統(tǒng)熱力加熱法主要的原因有下(1)加熱速度快：微波加熱則內(nèi)部加熱方式，電磁能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱，且透射使介質(zhì)內(nèi)外同時受熱，不需要熱傳導(dǎo)，故可在短時間內(nèi)達到均勻加熱。(2)均勻加熱：微波加熱時不論形狀如何，微波都能均勻滲透，產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善。節(jié)能高效：微波加熱時，被加熱物料一般都是放在用金屬製成的加熱室內(nèi)，加熱室對電
8、磁波來說是個封閉的腔體，電磁波不能外泄，只能被加熱物體吸收，加熱室內(nèi)的空氣與相應(yīng)的容器都不會被加熱，所以熱效率高。同時工作場所的環(huán)境溫度
