Calentamiento dieléctrico

El rango de frecuencias más utilizado para el calentamiento dieléctrico se corresponde con la parte del espectro de microondas entre 3 MHz ay 30 GHz, lo que corresponde a una longitud de onda de 100 m a 1 cm. ^[1]

El efecto de calentamiento se basa en la interacción del campo electromagnético con el material dieléctrico. El campo aplicado provoca un desplazamiento de las partículas cargadas en el material , lo que da lugar a dipolos inducidos. Los dipolos (ya sean inducidos o dipolos permanentes como la molécula de agua) responden al campo eléctrico, intentando un alineamiento con éste. Debido a la inercia de los dipolos y a su interacción con moléculas vecinas, el campo oscila más rápido que el tiempo de respuesta de los dipolos moleculares lo que provoca que se encuentren siempre ligeramente desfasados con respecto al campo, con el aumento correspondiente del movimiento. Esto provoca una transferencia de energía del campo eléctrico al material que produce un aumento de la temperatura.^[1][2][3]

Esta potencia disipada que provoca un aumento de la temperatura del material se conoce como pérdida dieléctrica^[4] y, despreciando los efectos magnéticos, se calcula como^[5]

${\displaystyle Q=\omega \ \epsilon _{0}\ \epsilon ''\ E^{2}}$

siendo Q la potencia disipada por unidad de volumen en W/m³, ω la frecuencia angular de oscilación del campo, ε₀ la permitividad del vacío, ε'' el factor de pérdida efectivo (parte imaginaria de la constante diélectrica) y E² la intensidad del campo eléctrico en V/m

La mayoría de los materiales pertenecen a este tipo de dieléctricos con pérdidas. La radiación electromagnética pueden penetrar cierta distancia en el material, lo que da lugar a lo que se denomina un calentamiento volumétrico, a diferencia de una calentamiento convencional que empieza en la superficie externa y se transmite al resto del volumen por conducción . La profundidad de penetración se puede calcular mediante la ecuación^[1][5]

${\displaystyle D_{p}={\frac {\lambda _{0}}{2\pi }}{\frac {\sqrt {\epsilon '}}{\epsilon ''}}}$

para εʺ ≪ εʹ

con εʹ como la parte real de la constante diélectrica y λ₀ la longitud de onda de las microondas.

Esto no significa que, incluso a profundidades superiores a la profundidad de penetración, no siga existiendo calentamiento. La atenuación exponencial de las microondas implica, por la propia definición de profundidad de penetración, que la intensidad de la onda incidente se reduce 1/e (aproximadamente el 36,8 %) de la intensidad inicial a dicha profundidad. Aparte de que se puede seguir transmitiendo calor al interior del volumen por conducción.