Для реальной среды связь векторов поля можно описать системой уравнений:
|
|
В = ]хН\ |
(III—4) |
|
|
Д = ЕаЖ; |
(Ш —5) |
|
|
5 |
(III—6) |
где В — магнитная |
индукция; |
|
D — электрическая |
индукция; |
|
•6 — плотность |
тока |
проводимости; |
|
(.1 — магнитная |
проницаемость; |
|
еа — абсолютная |
диэлектрическая проницаемость; |
|
у. — проводимость.
Враспространяющемся электромагнитном поле длина волны I.
ичастота f связаны соотношением
(II1-7)
/
где с — скорость света в вакууме, с = 3-10~8 м/с; для воздуха е '= |х'= 1.
Область электромагнитного спектра, имеющая значение для использования в промышленных целях, представлена в табл. 75 {по А. С. Пресману; обозначения даны как общепринятые в на стоящее время, так и ранее используемые).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Та5лица 75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Радиоволны |
УльтрараВиоВолны' |
|
|
|
|
|
|
|
|
микроволны |
|
|
Диапазоны |
Низкочастот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
5 |
|
|
Волн |
ные Волны |
|
|
|
|
|
|
^ Чз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
Ц |
|
§5; |
g 5; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гй35» |
! |
| |
|
|
i l |
|
l |
|
|
i |
t |
|
t-l |
1 |
|
Длина Волны, |
|
Ю7 |
|
Ю3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,! ОД/ |
0ю Ю3 |
Ю6 |
10s |
/О4 |
Ю3 |
Юг |
/0 |
/ |
см |
1 |
|
1 |
1 |
|
i |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
I |
1 |
Частотами |
1 т*т2 |
зчо3 |
з-ю* з-ю5 |
зш6 |
зю7 |
м 8з-w9 зюю з-ю9 |
з-ю* |
Диапазоны |
Промыш |
ЗВукоВые |
Высокие ВлшраВы- |
|
|
|
1 |
частот |
ленные |
|
|
(ВЧ) |
сокие(УВЧ) Сдерхдысокие (СВЧ) |
Электрофизические свойства |
материала можно охарактеризо |
вать двумя величинами: |
|
|
|
|
|
|
|
диэлектрической |
1) относительной е' |
и абсолютной еа (Ф/м) |
проницаемостью. Связь между этими величинами имеет вид: |
|
|
|
|
|
е' = |
— |
. |
|
|
|
|
(III—8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
е0 |
|
|
|
|
|
|
где Ео — абсолютное значение проницаемости для вакуума, ео=:
=8,854-КГ13 Ф/м;
2)удельной электрической проводимостью у (Ом-1-см-1). При взаимодействии электромагнитного поля с физической
средой в ней вследствие электрического сопротивления и вязко сти возникают потери энергии; в первом случае •— потери про водимости, во-втором — диэлектрические. Связь между этими потерями выражается либо через тангенс угла потерь tg о, либочерез комплексную диэлектрическую проницаемость е*. Между этими величинами существует связь:
е" |
7. |
(Ш —9)' |
tgS = — |
= — — : |
£ |
cot £0 |
|
|
.** = («' — /«*) s0, |
(111-10). |
где |
e" — фактор потерь; |
|
|
w = |
у. — проводимость; |
|
|
2л l — круговая частота. |
|
|
Абсолютная величина tg 8 позволяет оценить среду с точки |
зрения проводимости. Если |
tgS^>], среда проводящая; когда |
t g S ^ l , полупроводящая; |
при tg8<g(l, |
среда диэлектриче |
ская. Электрические показатели зависят от частоты, поэтому их абсолютные значения следует относить к конкретному участку диапазона частот.
Пищевые продукты необычайно сложны по составу и обшир ны по ассортименту. Среди них можно найти диэлектрики, про водники, электролиты, а также их композиции в различных сочетаниях, поэтому невозможно единое описание их электрофи зических свойств. В постоянном электрическом поле заряжен ные частицы перемещаются вдоль силовых линий, а дипольные молекулы ориентируются. При постоянном напряжении мембра на, окружающая клетку, ведет себя как диэлектрик (поверхност ное сопротивление до 10 000 Ом-см2 и поверхностная емкостьпорядка 0,1—3 мкФ/см2), поэтому ток может протекать по внеш ней среде. В то же время возможно явление электрофореза.
С увеличением частоты электрического поля просматривает ся общая тенденция изменения электрофизических свойств, кото рая, как показали исследования X. Швана, А. С. Пресмана и др., представляют собой функцию, близкую к монотонной. На рис. 100 показаны обобщенные зависимости диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления мышечной ткани от частоты. В этой области частот наблюдаются три диапазона из менения свойств: а (низкие частоты), (3 (радиочастоты) и -ди сперсия (сверхвысокие частоты). Такой ход кривых характерен для большинства пищевых продуктов, содержащих значитель ное количество воды. Естественно, что возможны довольно раз-
.личные вариации внутри каждого диапазона в силу специфики структуры отдельных пищевых продуктов. Так, в некотором приближении мясо можно рассматривать как двухфазную си стему: одна из фаз — межклеточная ткань — полупроводник с преобладанием диэлектрических свойств, причем считается, что эта фаза весьма устойчива в живом организме и совершенно неустойчива в мертвом; вторая фаза — внутриклеточное веще ство— электролит.
При такой структуре животной ткани ее электрофизические свойства зависят от координат системы и имеют разрывы в своих
О 10 |
Wz10310‘l10510610?10a W 910юf f Ц |
|
|
a |
Рис. |
100. |
О бобщ енн ая зависим ость диэлектрической проницаем ости (а) и |
удельного |
сопротивления ( б) ж ивотной ткани от частоты (пунктир — т ео |
ретическая кривая ).
значениях, совпадающие с поверхностями раздела фаз. В обла сти низких частот эта сложность структуры клетки проявляется еще более резко (Я- И. Френкель). Электрофизические свойства вполне очевидно реагируют на структурно-механические и био химические изменения в мясе. Структурно-механические харак теристики являются функцией ряда показателей, и среди них немаловажное значение имеют влажность и степень измельчения продукта [133]. Эти же показатели влияют на электрофизиче ские характеристики.
В меньшей степени, но вполне определенно влияют на элект рофизические свойства и биохимические процессы, наблюдаю щиеся в мясе. Рассматривая клетки в живом организме в опре деленной степени электрически изолированными одна от другой, можно полагать, что в результате послеубойных процессов в мышечной ткани диэлектрические свойства клеточных оболочек будут нарушаться, а в результате деполимеризации тканей бу дут образовываться низкомолекулярные вещества, которые бу дут сглаживать емкостный эффект. Поэтому дисперсия электро проводности, имеющая место для одного и того же продукта на различных частотах, также будет уменьшаться.
Частотную зависимость комплексной диэлектрической проницаемоможно описать уравнениями
|
|
/ |
i |
|
|
|
|
ес — е |
|
( ш —п> |
е ' - в ' + 5 |
00 ; |
|
00 |
1 + |
(шт)2 |
|
|
( е |
— е |
) шт |
|
|
е" |
У s |
°°} |
. |
(III—12) |
|
1 -(- (шт)2 |
|
|
|
(*оо — y-S ) |
М |
2 |
(II1-13) |
5 |
1 + (шт)2 |
|
|
|
где т — период релаксации (индекс S относится к области очень низких частот, индекс оо — очень высоких).
В зависимости от типа релаксационного процесса эти уравнения предопределяются периодом релаксации (Дебай, Максвелл). Так, для релаксации молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, пе риод релаксации определяется как
|
|
|
т = |
4i;d3г) |
|
(III—14) |
|
|
|
|
КТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
где d — радиус |
молекулы; |
|
|
|
|
т) — вязкость |
среды; |
|
|
|
|
Т — абсолютная |
температура; |
|
|
|
К — постоянная |
Больцмана. |
|
структур — дисперсии |
сферических |
Для |
релаксации |
неоднородных |
частиц в растворе — т определяют |
уравнениями: |
|
|
|
|
|
|
V + ^ a _ ; |
|
(III—15) |
|
|
|
|
|
+ 2v.a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9С |
( «!■*«-V l)2 |
1 |
(III—16) |
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
( е(. — 2/.а)(у.г+2-/.а) |
|
/ |
/ |
|
|
|
|
проницаемость частиц |
где s(- и |
еа — соответственно диэлектрическая |
и среды;
иха — соответственно удельная электропроводность частиц и среды;
С— доля объема, занимаемая частицами. Электропроводность пищевых продуктов, представляющих собой
суспензии и эмульсии (молоко, кровь, бактериальная взвесь и др.), опи сывается рядом уравнений. Максвеллом предложено уравнение для си стемы, состоящей из взвеси сферических частиц в проводящей среде, выраженное через удельное сопротивление
|
Pi |
= С |
(II1-17) |
— + 2 |
-^- + 2 |
РР2
