文档介绍：材料物理性能
食品介电特性的研究进展
摘要
介电特性是生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性,通过对食品介电特性的研究,可以更好地对食品的成分、组织、状态等品质进行分析和监控,也可以有效地利用物质的电特性进行食品加工,其应用范围非常广泛,已在农产品贮藏保鲜、电加工、品质检测、筛选分级等方面都显示出特殊的优势。该文通过对国内外食品介电特性研究资料的分析,阐述了食品介电特性的概念、种类、意义、测试方法等,为今后研究及发展趋势提出了建议和意见对进一步深入研究食品介电特性及其应用具有参考价值和指导意义
关键词:食品;介电特性;研究进展
目录
摘要 II
第1章电磁学基本理论 1
物质的分类 1
介质极化理论 2
电介质的极化和介电损耗 5
介电松弛(弛豫) 5
第2章食品介电特性的简介 7
食品物料的基本介电特性 7
食品介电特性的研究现状 9
食品电特性的测定方法 9
第3章食品电物性在无损检测中的应用 10
无损检测技术的原理和方法 10
利用电学特性的无损检测技术研究现状 10
参考文献 14
第1章电磁学基本理论
食品物性学已成为食品科学研究和食品工业发展必要的研究领域,特别是现代工业化、规格化、规模化食品生产的要求,使对食品的各种性质从传统的感性经验向定性定量化物性的发展成为必然。食品的物理性质包括力学性质、光学性质、热学性质和电学性质等。其中关于电物性的研究相对较晚,研究报道较少。物质的电特性包括导电特性和介电特性,介电特性是生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性,它的应用范围非常广泛,在农产品贮藏保鲜、电加工、品质检测、筛选分级等方面都显示出特殊的优势,早在20世纪40年代发达国家就开始进行了研究,目前主要是日本、美国的研究较多,处于世界领先水平。我国是20世纪80年代后才开始了这方面的工作,可以说才刚开始起步,尤其是利用电物性对食品品质的检测与评价、食品加工过程的控制等方面的研究还相当落后,很多方面几乎处于空白。对食品介电特性的应用研究还得从基础的电磁学、物理学理论说起[1-3]。
物质的分类
任何物质都是由原子和分子组成,物质能够使电荷从物质的一个地方转移到另一个地方或传导到其他物体上。物质转移和传导电荷能力的大小也可以看作电荷能够在这种物质中移动的难易程度。根据物质转移和传导电荷能力的强弱(或电荷在物质中转移的难易程度),通常人们把物质分为三类:转移和传导电荷能力很强的物质,或电荷很容易在其中移动的物质叫做导体;反之,转移和传导电荷能力很差的物质,即电荷在其中很难移动的物质叫做绝缘体;介于这两者之间的物质叫做半导体。其中,导体可分为离子导体和电子导体,它们分别依靠离子定向运动和自由电子运动而导电;非导体也称为电介质、绝缘体。电介质可以是气态、液态或固态,分布极广。电介质的特征是正、负电荷中心不重合的电极化方式传递、存储或记录电的作用和影响。组成电介质的原子或分子中的正负电荷束缚得很紧,电介质材料由于其电子受到原子核的强烈束缚,在电介质内部能作自由运动的电荷(电子)极少,电导率均在10-8西门子/米以下,故电介质在一般情况下不导电。当外电场超过某极限值时,电介质被击穿而失去介电性能[1,4]。
介质极化理论[5,6]
从物理学的知识可知,在电介质中,所有的电子都被束缚在特定的原子中,不存在可以自由移动的电荷。但在外电场作用时,每个原子中的电子将会产生微小的位移或改变方向。其结果是使介质表面出现极化电荷,这种电荷与导体中的自由电荷不同,它们不能在电介质内部自由运动,也不能离开电介质,故称为束缚电荷(bound charge)(极化电荷)。这些电荷产生的电场虽然不能完全抵消介质中的电场,但却能削弱它。我们把电介质在外电场作用下,介质表面产生极化电荷的现象,称为电介质的极化(polarization of dielectric )
。
电介质中每个分子都是由正、负电荷构成的复杂带电系统,即带负电的电子和带正电的原子核组成的,正、负电荷在分子中都不集中于一点,但是,分子中全部负电荷对远离该分子的地方的作用,却与一个集中在一点上的负电荷等效,这个等效负电荷的位置称为负电荷的“等效中心”,同样,每个分子的正电荷也可以认为集中于一点,称为正电荷的“等效中心”。如果每个分子的正、负电荷分布不均匀,其正、负电荷的等效中心不重合而间隔一定距离,这时每个分子可视为一个等效的电偶极子而具有一定的电偶极矩,这类分子叫做极性分子( ploar molecule ),整个电介质可以看作一个由大量电偶极子组成的体系,如SO2、H2S、NH3等气体,水、硝基苯、酷类、有机酸等液体,它们在没有外电场的作用时,