マイクロ波による分子振動励起について

質問

ネットで探したのですがなかなか理解できず困っているのでおたずねします。

物質にマイクロ波を照射したとき物質周りに電場が生じると思うのですが、その周波数(一般家庭の電子レンジであれば2.45GHz)による違いがよくわかりません。

電場がかかると物質中の水分子はそれを打ち消す向きに移動(回転？)し、電気分極が生じます。
電場の変化がごく遅い場合、水分子の動きは電場の変化を完全に追従し、熱は発生しない。
電場の変化がごく速い場合、水分子は電場の変化に全くついていけず、熱は発生しない。
電場の変化がほどよいとき、水分子の動きは電場の変化から微妙にずれ、エネルギーの散逸がおこり熱が発生する。
ということなのですが、なぜエネルギーの散逸がないと熱が発生しないのでしょうか？逆にエネルギーの散逸が熱の発生につながるのはどういう原理でしょうか？
熱は分子振動の大きさによるかと思うのですがその場合、エネルギーの散逸の有無にかかわらず熱が発生するように思うのですが。

あまり理解できていないのでちんぷんかんぷんな文章になっているかもしれませんが回答ぜひよろしくお願いします。

回答No.2

vq100mg

電場による水分子の回転変位は、すでにある熱振動に重畳する形で生じますが、振動エネルギ的には、ごくごく僅かなものだとイメージしてみては如何でしょう。　熱、温度は、分子の広帯域なランダム振動であって、電子レンジ周波数の振動ではありません。　もし電場による振動が熱振動を上回るとしたら、照射から即座に最終温度へ上昇する理屈で、現実と合いません。　時間をかけて、徐々に温度は上がります。　分極（分子の回転変位）は交番電場との間でエネルギのやり取りをしますが、復元力を持っていて、1/4 サイクルで蓄えたエネルギを、続く 1/4 サイクルで返却します。　この収支、非可逆損失が水を温める熱量となります。　つまりマイクロ波による水分子のごく僅かな回転が、ランダムな振動を叩いて、少しずつ助長させていくというのが誘電加熱の描像かと思います。

回答No.1

shippo_ppk

>なぜエネルギーの散逸がないと熱が発生しないのでしょうか？
「散逸」というのは、水の分子へ入射した電磁波のエネルギーが、水の分子吸収されてしまうという意味でしょう。

>逆にエネルギーの散逸が熱の発生につながるのはどういう原理でしょうか？
発生した熱エネルギーが、その閉じた系のエネルギー増加量とするならば、それは外部より供給されたエネルギーです。