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電子レンジの簡単な真実。水蒸気と壁の結露。
- 電子レンジ内の水蒸気や湯気は加熱されません。湯気への加熱はありません。
- 電子レンジ内の壁で結露が起きるのは、熱伝導で冷えたからで、その結露は熱くありません。
- 電子レンジ内の金属は火花を出さずに電波を反射させています。アルミ箔は電子レンジに使用することができますが、火花は出ません。セラミックは加熱されます。
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ANo.15 にいただいたコメントに関してです。 ＞アルミでおおわなければ、別々加熱でも！食塩水の方が攪拌後温度が低い！んじゃないかというを知りたいのです。同時加熱と別々加熱の比較は電子レンジの吸収効率を考える上で重要なデータになりませんか。 塩水水面の温度が高くなれば、その部分の反射は多くなるでしょう。真水との同時加熱では、攪拌後温度差は開く方向かもしれません。個別加熱でその差が軽減する事は、原理上疑いの余地ありません。軽減量はそれぞれの電子レンジや容器の状況固有です。料理において、10% という塩分濃度のデータの有用性はいかがなものでしょう。一方、塩分濃度 3 % くらいまでなら、真水と塩水の反射率差にまつわる効率差は軽微でしょう。 ＞食材の中とは電気抵抗に差はありますよね。具材の誘電率は違うんじゃないでしょうか。具材と水を混在させても互いは別々の誘電率で誘導加熱されるんじゃないでしょうか。実際具材ごとに温度が違うと思いますけど。 ＞ドロってしたシチューの中のグリーンピースは冷たい。ANo.14 加工済み再加熱を想定されているものと解釈し、電磁波的境界は無いに等しい旨記しました。具材内部は大半が水ではありませんか。膜の機能が損なわれた状態では、内外の電解質濃度差も僅少に思えます。具材が冷たかったのは、スープの電力半減深度の関係で、それが電磁遮蔽されていたとは考えられないでしょうか。一方、深部のスープは加熱後の攪拌で上面の熱量を即座に受け取る事ができます。 Q/A内容が当初のご質問から乖離して来たように存じます。私は電磁波加熱に関しての実践的知識は持っておりません。水滴は温まり難そうな事が検証できましたので、ANo.4 として報告させていただいたまでの素人です。
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- veryyoung
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ANo.14 にいただいたコメントに関してです。 電磁波反射は光学的イメージと同じものです。水面が見えるのは大気と水の屈折率が異なるからで、比誘電率は屈折率の類似概念です。あなたの濃い塩分実験の結果説明に不可欠ゆえご案内しました。しかし、電子レンジの応用の重要課題と考えたからではありません。固形物や流動性の低い物の加熱では、効率よりも均一性でしょう。 ＞アルミをしないで、水と10％食塩水を別々に加熱した場合でも、攪拌後、同じ温度になるということになりますよね。そうなりますでしょうか。 同時より個別加熱時の方が、攪拌後温度差は小さいと思います。 ＞「反射抑圧効果」が底部ではどうなっているのでしょうか。 ガラスの比誘電率を10と仮定するなら、厚さ9mmくらいでとても整合が良くなります。コップ底部の内壁周は、やや丸みを帯びて、つまり垂直断面の内壁は、U 字形ななっていて、いろいろな厚みが分布していたという事です。 ＞＞『水道水より塩水の方が開きが大きいのも納得行く傾向です。』 ＞食塩水の方が対流するという意味ですか。 下部より上部の温度が高いのは、水の層が側面で加熱されながら上昇していく為ですが、発熱層の厚みが塩水の方が薄く、途中の剥離熱拡散量が少ないのだと思います。 ＞お茶漬けやコーンスープ ・・・ シチューの中のグリーンピース こういう具は水と一体であり、電磁波的界面はありません。 寸法で加熱され具合が異なる事は、理屈より、まず体験してみて下さい。発泡スチロールにくぼみを作るのは面倒かもしれません。次の方法を試して下さい。ティッシュペーパーを４回折ると おおよそ 50 mm 角になります。角を鋏で切り取って 9 mm 角も得ましょう。水を含ませると適度な厚みの水盤試料になります。発泡スチロール板とか、伏せた紙コップの底とか、伏せたカップ麺容器の底の上に置きます。（置いた後にたっぷり水を掛け、斜めにして余分を流すのもやり易いです。） 電磁波的に透明で、かつ断熱的である事が、基台の条件です。二つの試料の間は 5 cm 離しましょう。同時に10秒くらい加熱した後、触れて比較して下さい。明らかに違うと思います。大きい方で火傷せぬよう気をつけて。軽負荷を嫌うなら、50ccくらいの水を別途同居させ、時間を長めに。
補足
ご指導ありがとうございます。 ＞『同時より個別加熱時の方が、攪拌後温度差は小さいと思います。』 No.14ではアルミで上と下をおおった物を別々に加熱して、同じ攪拌後温度になったわけですよね。私はアルミでおおわなければ、別々加熱でも！食塩水の方が攪拌後温度が低い！んじゃないかというを知りたいのです。同時加熱と別々加熱の比較は電子レンジの吸収効率を考える上で重要なデータになりませんか。できればご検証いただきたいです。 はっきりまとめておきたいのですが、紙コップ１５０ccの場合、塩水の方が総温度の上昇は遅れるのですよね（沸騰だけは塩水の方が早いのかもしれませんよね）。低温なら塩水有利なのでしょうか。たとえば攪拌後６０℃までの時間は塩水の方が早いとか。 ＞『こういう具は水と一体であり、電磁波的界面はありません。』 ★これなんですけど、たとえば、食材の中とは電気抵抗に差はありますよね。具材の誘電率は違うんじゃないでしょうか。具材と水を混在させても互いは別々の誘電率で誘導加熱されるんじゃないでしょうか。実際具材ごとに温度が違うと思いますけど。 ★水と一体にしない場合（皿には接しているが、空気との境界面がある場合）、人参やカボチャを切らずに一塊で置いた方が加熱されやすいという事でいいのでしょうか？メーカーやマスコミから切るな！そういうアドバイスや耳打ち的な情報が出ていませんよね。 発泡スチロールは、直径８mm、深さ２mmを実験しております。水の方はなんともありませんね。 １０％塩水の水滴は３０秒ほどで乾いて塩になります。その気化熱分のエネルギーを吸収したという事です。（発火温度ではありませんが、エネルギーをつかむ条件として）温度が大事でしょうね（低温でやめたら小さい方の負けという可能性はありませんか。１０％食塩水が蒸発しきるのに、大小で、どっちが早いか、です）。 水滴は０．１ｃｃだとすると、１８０ｃｃとは１８００倍の体積比になります。別の観点の議論として、寸法による電界強度比が一定・不変として、ですね、マトが小さくて（浅くて）照射されずに外れたら（通り抜けたら）ロスするわけですよね。照射と吸収に関してもっと単純な相似則のようなものが働いていませんかね。いずれにしてもバラバラに加熱した方が損ですよね（笑）詰め込んで熱い物から出てもらうような加熱作業が効率的なんでしょうか（笑）
- veryyoung
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ANo.13 にいただいたコメントに関してです。 ＞食塩水の方が受け止めた熱量は多くても私の実験では食塩水の方が温まっていないのです。 これは誤解です。食塩水の方が受け止めた熱量の方が少ないから攪拌後水温が低いのです。 濃い塩水と水を同時に加熱した時、塩水の攪拌後温度が低いのは、濃い塩水は水に比べて試料表面での電磁波の反射率が高いからです。しかし一旦試料の中に電磁波が浸入すれば、電力半減深度が浅い塩水は電磁波が突き抜ける可能性は小さく、有効に熱量に変わる。従って、攪拌後の液温のような試料が受け取る「総熱量の指標」においては、電力半減深度の減少は、熱くなる理由となっても、冷たくなる理由にはなりません（外部への熱的放散が無い場合）。電力半減深度が浅い方の試料の総熱量が少ないのはインピーダンス整合悪化（反射増加）でしか説明できません。二つの試料の同時加熱と個別加熱を比較すれば、その事が体験できるのですけど（後述）。 Ano.13の記述内容の補足があります。ガラスコップによる自由空間と溶液のインピーダンス整合（反射）の改善について記述しました。しかしこの仲介物（ガラス）の反射抑圧効果を試算してみましたところ、側面の 1.5 mm厚では、実験結果を説明できる量に達しませんでした。実は少し厚みのあるコップ底部周辺で著しい改善が生じていました。全体の発熱量の 20% を超えるかもしれません。 ANo.12 のガラスコップ実験を基にし、コップの底および水底から 20mmほどを覆うアルミ箔を追加して、追試しました。すると温度上昇から算出される、吸収熱量比率 塩水/水は、Ano.13の紙コップの結果に酷似しました。ANo.12で水と塩水が同じように加熱できたのは、ガラスコップ底部周辺にインピーダンス整合の条件にあう幾何形状があったからで、裏を返せば、濃い塩水の整合が悪化しているという証拠です。 ところで、底部周辺に20%もの発熱があったとなると、ご指摘通りの底面加熱を無視できません。コップの底部アルミ箔を追加し、加熱実験をやり直しました。側面表層で加熱された熱水の移動と底部からの冷水の補給がうまく行われているか見るのが目的です。なるべく急速な加熱を目指し、水と塩水は、別々に加熱します。加熱完了直後の側面を放射温度計で、攪拌後水温は棒温度計で測りました。上部アルミ箔は塩水面の異常加熱、局部沸騰を抑制する為に必須です。 うすい(1.5mm厚)寸胴ガラスコップ、液体形状は、直径 56mm、高さ 77mm の 190cc、アルミ箔の覆いは、コップ上部と水面下 10 mm、およびコップ底部と水底から10mm、食塩濃度 10% 、初期水温 23 ℃、真水と塩水は別々に 公称高周波出力 600 W で 3分 加熱。 水道水： 上部：78℃、中：77℃、下部：65℃、攪拌後水温：77℃ 塩水 ： 上部：80℃、中：75℃、下部：62℃、攪拌後水温：76℃ 高さによる温度差、良い感じになりました。水道水より塩水の方が開きが大きいのも納得行く傾向です。攪拌後水温は、内部冷水塊の残存を連想させるようなものではありません。 水道水と塩水の攪拌後水温がほぼ等しいのは、別々に加熱したからです（以前のガラスコップとは違い、同時に加熱すれば、差が出るよう改造されています）。同時ならインピーダンス整合のより良い（反射の少ない）水道水に吸収される所、個別加熱では、インピーダンス整合（反射）の問題が軽減されるという事です。（反射しても次の入射の機会がある。） ＞【実験】塩水のティッシュペーパーがターンテーブル上では（虚数部＞実数部、の領域の加熱？により）一瞬で乾燥したのに、壁に貼り付けるとまったく真水のものと違いを感じられませんでした。少なくとも一瞬で乾くなどという様子はみじんもありません。この説明をお願いします。 ANo.11 文末で、説明申し上げました。金属表面に沿う電界が零になる話、ターンテーブル上のアルミ箔上でも再現するであろう等々。 ＞ターテーブル上の水滴なら乾きますでしょ。水滴も霧のように浮遊していたら加熱されるんじゃないでしょうか。 ANo.4 から、寸法の小さいものは加熱されにくい旨は、何度か述べ、発泡スチロール上の水滴を観察しては如何かと提案しました。ANo.7の訂正もご覧下さい。
お礼
追実験ありがとうございます。心底感謝しています。 インピーダンス整合と反射率についてご教授お願いします。具体的に何が起こっているのでしょうか、イメージできません。誘電現象ではない誘導（電流）現象でしょうか。過去のご回答では質問者には理解できません。 反射率がそんなに関係している、ということになってくると、 誘電率や電力半減深度の前に、反射率が重要になってきますよね。 電子レンジを話題にするサイトで反射率の観点は全面に出されていないように思うのですが（マイクロ波吸収効率がそうなのでしょうか。だとすると、本当に、小さいものを加熱するのは不利という事になって、野菜は切るな！が正解というパドックスが世間に普及されるべきに思いますがいかがですか。私もそうでしたが、従来の料理や非誘導加熱の科学の常識を考えて、日本中の多くの人は切ってから加熱していると思います。１０％ぐらいエネルギーの無駄遣いしていますし電子調理器のパワーの実践評価も落ちますよね。メーカーは説明書に切るな！と書くべきでは？不思議です）。 アルミをしないで、水と10％食塩水を別々に加熱した場合でも、攪拌後、同じ温度になるということになりますよね。そうなりますでしょうか。 ＞『実は少し厚みのあるコップ底部周辺で著しい改善が生じていました。全体の発熱量の 20% を超えるかもしれません。』 厚みと反射率について教えてください。「反射抑圧効果」が底部ではどうなっているのでしょうか。側面と底面では入射方向が違うと思うのですが。底側からも入射すると考えるのでしょうか。その上で、底部の食塩水は側面のようにガラス容器に反射されないから、加熱されるとすると、それでも、ガラス容器で底部が中部よりも低温なのは（本当は底部の方が加熱されているのに）対流ということですか？ ＞『水道水より塩水の方が開きが大きいのも納得行く傾向です。』 食塩水の方が対流するという意味ですか。 波長より小さいと、内外の電界の強さは誘電率の逆数比になって、波長より大きいと、誘電率の逆数の平方根比（＝誘電率の平方根の逆数比）になるのはどうしてですか。 １ｃｃ単位×５０ ＜ ５０ｃｃ単位×１ で、５０ｃｃの方が、比誘電率倍、加熱されるということでしょうか。１８０ｃｃで比較の場合、１ｃｃ単位が１℃上がるまでに、１８０ｃｃの方は80℃も上がるということでしょうか。 水の中に１ｃｍ程度の粒子がある場合、お茶漬けやコーンスープでは、粒子同士が接してしまうのですが（接触面は小さいと思いますし）、波長より小さい領域内に粒子の混在する液体において、粒子自体は熱を吸収しにくいということでしょうか。（粒子の誘電率は変わりませんよね）低くドロってしたシチューの中のグリーンピースは冷たい。グリーンピースだけ集めて別々に加熱した方がよくて、具材の入りのシチューを作る場合、具材を入れてから加熱しない方がエコになるということでしょうか（具材に対して誘導加熱（電子レンジ的）ではなくなってしまうので）。 発泡スチロールの直径8ｍｍ深さ2ｍｍの実験を10％食塩水でされてみて下さい。１ｃｃ単位×５０ ＞ ５０ｃｃ単位×１ のように関係が逆転しませんでしょうか。
- veryyoung
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ANo.12 にいただいたコメントに関してです。 食塩濃度、温度上昇など、あなたの実験の詳細がわかりませんが、温度差は、インピーダンス整合の悪化で説明できる量ではありませんでしたか。ANo.8 で、以前の実験結果を次のように分析しました。 「攪拌後食塩水の方が温度が低いという事は、電力半減深度では、食塩水が温まり難い理由は説明できないという結論になりますよね。試料境界での特性インピーダンスの不整合の悪化が原因かもしれません。」 計算式を、ANo.9、ANo.11 で、また導出や具体値もお伝えしております。どの程度合致したか教えてください。 ANo.12のガラスコップでの実験は混乱を招いたかもしれません。導電率を上げるとインピーダンス整合の悪化が懸念されるのですが、その効果が抑制されるような方策を安易に選択してしまいました。ガラスコップであれば、真水と塩水の電磁波反射量の差異が小さくなるし、耐熱性もあるからという具合です。これでも対流の効果把握という主目的は阻害されていないと思います。自由空間と水の誘電率は大きく異なります。その間に中間の誘電率のものを挟むと整合が改善されます。レンズのコーティングのようなメカニズムです。真水でも紙やプラスチックコップよりガラスコップの方が早く湯が沸かせます。 紙コップで、各 150cc の 水と 10 % 塩水 の加熱例として、 攪拌後温度は、水：83℃、塩水：69 ℃、 温度上昇にして、水：59℃、塩水：45℃ で、 熱量比率、塩水/水は、0.76 を得ました。 この値は、おおよそ比誘電率虚数部 100 の塩水と真水の常温吸収率の比に匹敵するようです。温度を変えながら熱量を積分するのは大変なので行っていません。そういう意味でも温度を大きく変えるのは得策ではないと思うのです。 比誘電率の虚数部が実数部を上回る領域を扱うのは大変です、私が 3% 食塩水に拘るのは、導電度の効果が見えて、かつ、虚数部が実数部を上回らない上限だろうと考えているからです。 No.4 の「食塩水の方が早く沸騰しませんか」はこの文脈なら問題ないと思いますよ。誘電損だけでなく導電率も発熱に寄与する事を説明し、実験を喚起するためですし、少量ならそうなります。3% 食塩水であれば水量に従って徐々に差異が無くなっていくでしょうが、インピーダンス整合による事態の反転は、なんとか抑止できそうです。料理番組で、目玉焼きを作るのに塩を振りかけると早くできると言う解説を耳にしました。塩のついた部分が異状に熱くなるのは、多くの人の知見かと思います。
お礼
度重なるご指導ありがとうございます。非常に勉強になっております。 合致具合に関しては温度計もありませんのでご了承ください。 回答者さんのご教授により食塩水が温まりやすいのは理解できております。文脈も了承しております。同様にいずれの言説も文脈ごとになりますよね。 問題は食塩水が深く温まらなければ実践的な文脈において常に塩濃度のある加熱対象物の方が温まりやすいと言えないのではないかということです。食塩水の方が受け止めた熱量は多くても私の実験では食塩水の方が温まっていないのです。 こういう事例のジレンマは、あくまでもたとえですが、氷が水面に張る性質によってその下の水が暖かいような事例と同じようにあると思います。水深が関係します。 回答者：veryyoungさんによる今回の実験結果。 ＞『紙コップで、各 150cc の 水と 10 % 塩水 の加熱例として、 攪拌後温度は、水：83℃、塩水：69 ℃、』 というように、食塩水の方が温度が14℃も低かったわけですし、安心しました。ありがとうございます。ソースやカレーをかけた食材は（芯まで、底まで）温まりにくいでしょう。 目玉焼きと塩の関係は電子レンジなら爆発しない条件でそうでしょうし、ガス調理器でも言えることであろうと思いますが、導電性による加熱になっているのでしょうか。塩添加によって、卵白上の熱伝導率が上がったとしても下から加熱ではむしろマイナス要因になりませんかね（あんまり熱伝導率は変わらないのではと思います）。卵が固まるのはタンパク変性ですから食塩の濃度を変えるとタンパク変性しやすくなるという事だと思います。目玉焼きから水分はどんどん奪われるし、（比熱の大きい水を外側に引っ張り出す）浸透圧でそのお手伝いをしているだけかもしれません。 食塩の話は面白いのですが、本題である結露と壁の方です。 再三ご指摘の「インピーダンス整合」ですが、「私には、非常にややこしいので、素人から専門家まで納得できるような具体性のあるご回答を宜しくお願いします。（質問文）」 【実験】塩水のティッシュペーパーがターンテーブル上では（虚数部＞実数部、の領域の加熱？により）一瞬で乾燥したのに、壁に貼り付けるとまったく真水のものと違いを感じられませんでした。少なくとも一瞬で乾くなどという様子はみじんもありません。 この説明をお願いします。 ★水滴の大きさよりも壁に接しているかどうかが大きく影響していませんか？ターテーブル上の水滴なら乾きますでしょ。 水滴も霧のように浮遊していたら加熱されるんじゃないでしょうか。一瞬で水蒸気になるでしょうが。ひょっとして、宙に浮いている水滴ならば蒸発するということではありませんかね？（塗装された）鉄板の壁に接していると、水の配向分極も、食塩水の通電も……。
- veryyoung
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ANo.11 にいただいたコメントに関してです。 ＞回答者さんは180ccを600Wで2分加熱されて50℃くらいなのですか。 ANo.6 の実験条件は明記してあります。「各180ccを薄いポリエステルコップ入れ、二つ同時に 600 W、120 秒加熱」つまり360cc です。また、高周波出力はすべて試料に吸収されるのかという趣旨のご質問がありましたので、ANo11 で、約 60% という私の実験結果も提示したではありませんか。必要に応じて時間を調整してください。700 W ならば効率 60 % で 100 cal/s と、覚えやすく使いやすい数値になります。 ＞もっと塩濃度と最終温度を上げて溶液の量を多くして実験していただきたいです。つまり深部の温度差が出るくらいに。発泡スチロールで囲ってしまえば同じですが、熱が外部に逃げるという条件下の比較です。電力半減深度の２、３倍を満たさない、十分に厚さのない水と食塩水を同時加熱すれば、水の方は吸収しきれずにその分が食塩水の方にまわるので食塩水の勝ちになるでしょうが。 どうも議論が噛み合って無いようです。電力半減深度や導電率の効果は私も理解しているつもりです。また熱が外部に逃げる状況を作れば、内部の熱量が少なくなるのは当然で、実験するまでもありません。 論争の発端は、Ano.5 の補足欄にある。「ネット上には、食塩水は電力半減深度が浅くて温まりにくいという記述がありました。」を ANo.6 で、批判したからでしょうか。私の批判のポイントは、この一文の普遍性の欠如、価値の低さです。食塩水の濃度も形態も規定されていないので「食塩水は電力半減深度が浅くて温まり易い」という正反対の記述さえ正当化できてしまいます。 不思議なのは、Ano.8 の補足欄です。 ＞食塩水自体はものすごく誘導加熱されるのかもしれませんが、食塩水が温めにくいというのはそういう意味ではありませんよね。直火の方が肉の表面は高温になります。でも電子レンジの方が熱くなる、という議論です。攪拌して食塩水の方が低温ならば食塩水は温まりにくいという議論です。実際食塩水の深部に対しては事実なのです。電力半減深度が極端に浅ければさらに（誘導加熱されやすいが）温まりにくいと言えます。直火型になっていくわけです。 「食塩水が"温めにくい"というのはそういう意味ではありませんよね。」の一文がどうして突如登場したか分からないのです。以来、"温めにくい"状況の再現があなたの目標になっています。私が批判したのは「食塩水は電力半減深度が浅くて"温まりにくい"」という文の欠陥です。熱の散逸による"温めにくい"状況が食塩水で生じる可能性に異論はありません。食塩水表面の沸騰のし易さ、導電率の熱暴走についても存じております。 価値ある議論は、コップ壁面の薄い層の発熱が全体にうまく拡散するか否かです。対流への私の期待は過剰だと言っておられます。先の実験で対流が十分である事は提示できたと信じておりますが、ご意向を取り入れる形で追試してみました。 ＞もっと塩濃度と最終温度を上げて ＞高さの取れる容器で横から照射されて欲しいところです。上下の温度差が、対流なのか上から照射なのか分かりませんよね。 導電率を上げるとインピーダンス整合の変化が含まれますし、温度を上げる事は密度の二次曲線や粘度の低下からして、むしろ対流が促進されるなど、実験の目的がやや不明瞭な点はありますが、取りあえず行ってみました。 うすい(1.5mm厚)寸胴ガラスコップを使用し、液体の形は、直径 56mm、高さ 77mm で 190cc、上部および水面下 20 mm までアルミ箔で覆っています。食塩濃度は 10% 、真水と塩水二つ同時に 公称高周波出力 600 W で加熱しています。加熱前水面温度、攪拌後水面温度の値、２回の結果です。 １）加熱時間：240 秒 水道水-加熱前：22℃、加熱、攪拌後：68℃ 食塩水-加熱前：21℃、加熱、攪拌後：67℃ ２）加熱時間：290 秒 水道水-加熱前：22℃、加熱、攪拌後：76℃ 食塩水-加熱前：21℃、加熱、攪拌後：74℃ 食塩濃度 10%でも、温め難い状況に至っていないようです。±2℃程度の計測誤差は含まれるかもしれませんが、驚くほど温度上昇は塩分に鈍感です。次に、試料の食塩水22℃を「単独」で 150 秒 加熱、直後のコップ側面ガラス温度と攪拌後水面温度を測ってみました。２回の結果です。 １）上部：74℃、中：74℃、下部：71℃、攪拌後水面温度：73℃ ２）上部：73℃、中：73℃、下部：72℃、攪拌後水面温度：73℃ 壁面温度と攪拌後水面温度に大きな隔たりはありません。攪拌前の軸中心に冷水塊の無かった証拠です。電力半減深度は1mm程度でしょうが、対流の効果で熱が良好に拡散しています。アルミ箔で覆った水面に熱が伝わっている事も示せたと思います。また水面に蓄積する温水の再加熱が抑制されたおかげで、水面の熱暴走や沸騰も防止できています。「お燗」のサイトと同様の好結果です。 加熱された側面表層は上昇し、内部冷水塊は沈降して底部から側面の加熱器に向かうという大循環に加え、速度勾配が生み出す局所的な渦も生じているのでしょう。前にこれを表層の剥離と表現しましたが、ニュアンスとして、渦、乱流というべき活発な動きのように思えます。 ＞誘電正接の値も温度と共に変わりますか？ http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html のグラフを再度ご確認ください。回答文中でも触れておりますよ。 「温度と共に誘電正接は減少してしまう、導電率なら増加する。」（ANo.6） 「真水の2.45GHzにおける誘電損は温度上昇と共に急速に低下しています。しかし・・・整合は改善される方向です。」（ANo.10）
お礼
ご回答ありがとうございます。 私の方は300ml×2＝計600mlになります。容器はガラスではありません。ヨーグルトのプラスチック容器です。ガラス容器の熱伝導を考えるとプラスチック容器ほど、熱が上下に局在しますかね（食塩水側の加熱具合の差を写し取れますかね。アルミをはずして、ガラスｖｓポリの予備実験）。 ＞『また熱が外部に逃げる状況を作れば、内部の熱量が少なくなるのは当然で、実験するまでもありません。』 回答者さんも私も討論を求めてはいません。 回答者さんも日常的な条件設定（上記「当然」のケース）での沸騰までの時間を気にされていました。アルミ箔を外して90℃ぐらいになる比較がそもそものご助言です。その時、水道水の方の温度が低いというような。 法則の整合性を証明するための実験ではありません。私は純粋に「当然」の追実験をしたのです。敵対的な論争・批判ではありません。私はとても勉強になっています。ありがとうございます。 ＞『私の批判のポイントは、この一文の普遍性の欠如、価値の低さです。』 （No.4） ＞『水道水と食塩水、同量を同時に加熱してみて下さい。食塩水の方が早く沸騰しませんか。』 （No.8） ＞『3% 食塩水 23℃ 各180ccを薄いポリエステルコップ入れ、二つ同時に 600 W、120 秒加熱、直後に上面および底の温度』 ＞『１） 水道水-上：56℃、水道水-底：44℃、水道水-攪拌後：50℃ 食塩水-上：66℃、食塩水-底：46℃、食塩水-攪拌後：50℃』 （No.12） ＞『うすい(1.5mm厚)寸胴ガラスコップを使用し、液体の形は、直径 56mm、高さ 77mm で 190cc、上部および水面下 20 mm までアルミ箔で覆っています。』 ＞『食塩濃度 10%でも、温め難い状況に至っていないようです。±2℃程度の計測誤差は含まれるかもしれませんが、驚くほど温度上昇は塩分に鈍感です。次に、試料の食塩水22℃を「単独」で 150 秒 加熱、直後のコップ側面ガラス温度と攪拌後水面温度を測ってみました。２回の結果です。 １）上部：74℃、中：74℃、下部：71℃、攪拌後水面温度：73℃』 （No.8）と（No.12）から上面で加熱（電力消費）されているのがよく分かりました。 上面を（2ｃｍも）アルミで覆わずにプラスチック製の容器でしていただきたかったです（側面加熱と言うよりも底面加熱になっていますよね）。出力は器械に次第なのでどうにもなりませんが、低出力にすればするほど熱が拡散する時間が与えられるので差が小さくなると思います。 温度上昇すると、水の方の誘電加熱の位置が著しく深くなっていく（それが吸収効率60％でも効率的なゆえんな）ので（食塩水の方は著しく浅くなる？）、 もっと大きな容器内の液体をもっと強い出力で実験できればいいのですが。回答者さんのご指摘のように寸法に負けてしまう面が大きいと思います。 容器を二重にして外側の液体と内側の液体が対流しないようにして実験してみたらどうなるでしょうか。内側の食塩水も温まりやすい結果になるでしょうか。水２区画と食塩水２区画になって、面白い比較になると思います。 電子レンジの実践的には、カレーライスのように対流しないものが多いと思います。電子レンジの加熱効率（短時間さ）は深部を温める能力にかかっているのではありませんかね。 この度はいろいろと実験までしていただき大変勉強になりました。サイトにとっても貴重な資料になっていると思います。口先ではなく、実際に実験等、行動してくれる、回答者の鑑のような、veryyoungさんに感謝していないはずがありません。ありがとうございます。
- veryyoung
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ANo.9 にいただいたコメントに関してです。 試料内部に浸入する有効電力比の導出手順を示します。まず、 E / Eo = 2 z / ( 1 + z ) は、入射（外部から照射）、反射、透過（内部に侵入）の電界、磁界の連立式から得られるものです。 ここで z = Z / Zo、Z：試料特性インピーダンス、Zo：自由空間特性インピーダンス z が小さければ 近似的に E / Eo = 2 z は見ての通りです。 試料内部で伝搬する有効な電力は、 Real ( abs( E )^2 / ( z Zo ) ) 試料外部から照射される電力は、Po = Eo^2 / Zo ですから、 P / Po = Abs( E / Eo )^2 * Real(1/z) です。Ano.9 の表記には Eo が欠落しておりました。 先の E / Eo を代入すれば、 P / Po = Abs( 2 z / ( 1 + z ) )^2 * Real(1/z) zが小さいなら、近似的に P / Po = Abs( 2 z )^2 * Real(1/z) = Real( 4 z conj ( z ) / z ) = 4 Real (z) ＞＞『水：0.36、上記食塩水：0.32 となりました。複素誘電率虚数部を100にすると、0.27 です。』 ＞これは（最初の）電磁波が36％しか加熱に使われないという事でしょうか。そして（残りのエネルギーは全部？対象物外へ）反射した電磁波となって壁に反射を繰り返してほぼすべて加熱に使われるという事になりますか。 平面波の垂直入射という極めて単純な条件下での電力比試算にすぎませんが、考え方として、外部から照射される電界とは、照射源と反復反射の合算値（定常状態）です。壁の発熱を経験されたように高周波出力のすべてが試料の発熱量になるわけではありません。例えば先の水、食塩水加熱実験の効率は、60% くらいです。この数値が代表的か否か、教えていただいたサイトにも効率の一例があります。 http://www.microwave.ne.jp/15/006.html の図15.3.1。情報の宝庫、素晴らしいサイトです。 ＞ティッシュペーパーで水と食塩水を比較したら面白かったです。食塩水の方はビリビリ音を立てながら一瞬で乾いて固まりました。導電性の加熱が強烈に働いていると思われました。これは容器との接触部分の塩水にエネルギーがかなり使われており、そこでの損失分（発生した熱）が背後の塩水に伝導されなければ容器を含む外側へ熱を奪われやすいと思います。 外部に熱が逃げれば内部の熱量が少なくなるのは当然です。電力半減深度の変化により加熱量が変化しない事を示す為には、外部への放熱は避けねばなりません。発泡スチロールで断熱すれば、先の食塩水と水の比較実験はさらに正確なものとなるでしょう。しかし塩水であっても、主要加熱器である側面の水がうまく入れ替わる事で、そこが過熱する事もなく、断熱の必要もなく、真水と大差ない熱量が得られたのです。着目すべきは、塩水の電力半減深度は、わずか 3 mm しか無かったのに、側面の過熱が無かったという点です。 側面の入れ替わりの具合は次のようにも実感可能です。食塩水をコップにいれ、電子レンジで加熱、停止後急いで容器側面の温度を確認して下さい。水面付近は熱くなっていますが、注目すべきは、ほぼ半分の高さの点の側面温度です。特異な過熱が見られるでしょうか。その位置を掴んだまま攪拌します。温度変化は小さいです。あなたの描像に従えば、容器側面は過熱しており、攪拌すれば深部（円筒軸中心部）の未加熱の冷水による大きな温度低下を感じる筈です。 ＞この２種類の濡れティッシュをレンジ内の壁に貼り付けると差異がありませんでした。 これは単純に壁は誘導加熱も導電性の加熱もどちらの原理でも加熱されないということでしょうか。電磁波の多くがレンジ内の壁に反射しまくっているとすれば食塩水のティッシュに電磁波が当たっているはずです。なぜ同じ厚みなのに導電性の加熱が生じないのでしょうか。 差異が無いというより、両者共に発熱量が小さく、差異が判明しなかったのでしょう。導体表面に沿う電界は零に近くなります。垂直な電界は零にはなりませんが、この方向へは、試料が薄いので、前述の寸法効果により試料内の電界が複素誘電率の一次反比例で小さくなる理屈です。壁面でなく、ターンテーブル上に置いたアルミ箔の上でも再現します。私は、火花防止としてアルミ箔は丸く切り、念の為サランラップで縁端部が飛び出さぬようサンドイッチしてみました。
お礼
ご回答有り難うございます。 私のレンジは７５０Wで、２分加熱したら、煮立ってしまいます。 回答者さんは180ccを600Wで2分加熱されて50℃くらいなのですか。 対流の影響が出やすいのだと思います。５０℃では水と食塩水での性質の差が出ないのではないでしょうか。温度上げると水と食塩水の加熱される深度の差が大きく分かれてくると思います。 描像ではなくて私が実験した結果が塩水の容器の”方”が持てないくらいに熱かったのです。そのくらいの温度になる実験をされてみください。もっと塩濃度と最終温度を上げて溶液の量を多くして実験していただきたいです。つまり深部の温度差が出るくらいに。 発泡スチロールで囲ってしまえば同じですが、熱が外部に逃げるという条件下の比較です。 電力半減深度の２、３倍を満たさない、十分に厚さのない水と食塩水を同時加熱すれば、水の方は吸収しきれずにその分が食塩水の方にまわるので食塩水の勝ちになるでしょうが。 私は７５０Wで３００mlで実験しました。回答者さんに比べて私の水の方が少なくとも１．５倍くらい吸収効率がいいんじゃないでしょうか。そうでなければ塩水を抜かせないという可能性を感じます。 http://www.microwave.ne.jp/15/006.html ＞『ほぼ水量に比例してマイクロ波吸収効率は良くなるが』 ＞『発振出力１.５ｋＷのバッチ式マイクロ波加熱装置で、水量１lを保持し、初期水温を１５℃～８０℃ の間でマッチング状態の定格出力を求め、マイクロ波吸収効率を求めると』 ティッシュペーパーの実験は、そのくらい薄いのに食塩水であれば気化するほどの（導電性の）熱を発生させるという実例です。表面の吸収熱量がそれほど違うということです。ですから繰り返しになりますが、深みのある液体で比較しないと水の方で不都合があって、温度上昇とともに熱を吸収し切れなくなる（食塩水より温度が高くならない原因）になりますよね。（つまり、放熱で多くの熱を失う食塩水の温度＝吸収し切れていない水の温度）であり（食塩水が吸収した熱量-食塩水が放熱して失った熱量＝水が吸収した熱量+水を通り抜けた熱量）になって、水が吸収しないと塩水の加熱に回ってしまいますよね。 いろんな意味で５０℃は差が出ない設定ではありませんかね。水ｖｓ食塩水の比較は、５０℃だけできまるものではありませんので、できれば、８０℃くらいの設定でどうかという裏を取っていただけきたいです。プラスチックコップを高く底上げされるとか、できれば高さの取れる容器で横から照射されて欲しいところです。上下の温度差が、対流なのか上から照射なのか分かりませんよね。 誘電正接の値も温度と共に変わりますか？
- veryyoung
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ANo.8にいただいたコメントに関してです。 ＞（８）食塩水に電気が通るというのはどこに電気が通るのですか。そのエネルギーは熱になるのですか。 ＞（９）導電性による発熱は誘電加熱ではなくて正式な名称は何なのですか。その発熱量の式は。 ＞（１１）＞『導電率 / (2 π f) / 真空誘電率 が、虚部比誘電率になります。この誘電正接は 37 / 80 ですから、誘電体としての 0.1 を上回っています。』（Ｎｏ．5） これは具体的にはどういう式同士を比較しているのですか。 導電性の発熱の正式な名称は存じませんが、電解液中のイオン移動にまつわる損失です。分極にまつわる複素誘電率の虚数部に加えれてください。tanδ<1 なら、ANo.8お礼欄中にご提示の発熱量近似式で良いでしょう。近似なしには、２πｆ*ε0 * 複素誘電率虚数部 * Ｅ^2、要するに、導電率 * Ｅ^2 です。 ＞（１０）温度があがると誘電率・導電率は変わるのですか。その結果、水と食塩水の発熱量はどうなるのですか。水は低温（＞０℃）ほど誘導発熱しやすく、 http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html のFigure 1、再度ご確認下さい。またFigure 2には食塩水の虚数部の変化があります。真水の2.45GHzにおける誘電損は温度上昇と共に急速に低下しています。しかし早合点はなりません。応用において「総」発熱量が比例して低下するとは限りません。加熱対象が電力半減深度に対して十分大きければ、表面から侵入した電力は、いずれにせよ全て熱になります。つまり界面のインピーダンス整合の方が誘電損より重要と推測されます。誘電率実数部は温度上昇と共に減少し、整合は改善される方向です。 食塩水ではさらに事態は複雑です。導電率が熱暴走しかねない方向に進むからです。そこに対流が加わります。水と食塩水の加熱比較、実証考察容易な範囲はすでに報告させていただきました。ご感覚に沿わぬ部分もありましょうが、訂正箇所もありません。
- veryyoung
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=== 訂正および補足 === ANo.8 にて、内部表層電界/外部電界は、 真水 20℃ で約 1 / √(80 + j 10 ) ですが、5 % 食塩水 7 S/m だと、1 / √(80 + j 60 ) と記述しました。話の展開には影響ないものの表記に誤りがありました。例えば垂直入射を仮定すれば、両式とも分子は 2 でなければなりません。両者比較においては支障無いのですが、単独には乗数が欠落しています。また、複素誘電率の虚数部の符号は負の誤りです。これも電力見積もりに支障ありませんが、表記として誤りでした。 また、試料媒質の特性インピーダンスの差異を考慮した電力比較を書き落としました。両者の侵入電力比は、近似的に上式の値の実数部比になります。粗雑な記述、失礼いたしました。 参考までに平面波の垂直入射の具体値を近似なしに計算してみました。 自由空間のインピーダンスで規格化した試料のインピーダンスを z と書きます。z は複素比誘電率の平方根の逆数です。例えば 1 / √(80 - j 10 )。浸入直後の電界 E と外部（入射）電界 Eo の関係は、 E / Eo = 2 z / ( 1 + z ) 、水のように z が小さければ 近似的に 2 z 内部に浸入する有効電力比は、 P / Po = Abs( E )^2 * Real( 1/z ) z が小さければ、これは近似的に 4 Real( z ) となる筈です。近似なしの電力比を紹介します。入射電力１に対し浸入電力の割合は、 水：0.36、上記食塩水：0.32 となりました。複素誘電率虚数部を100にすると、0.27 です。錯覚がないと良いですが・・・。一応、別途反射電力を求め合計が１になることだけは確認しました。
お礼
誠実なご回答有り難うございます。粗雑な記述などというございません。ご丁寧にありがとうございます。 ＞『水：0.36、上記食塩水：0.32 となりました。複素誘電率虚数部を100にすると、0.27 です。』 これは（最初の）電磁波が36％しか加熱に使われないという事でしょうか。そして（残りのエネルギーは全部？対象物外へ）反射した電磁波となって壁に反射を繰り返してほぼすべて加熱に使われるという事になりますか。 ＞『浸入直後の電界 E と外部（入射）電界 Eo の関係は、 E / Eo = 2 z / ( 1 + z ) 、水のように z が小さければ 近似的に 2 z 内部に浸入する有効電力比は、 P / Po = Abs( E )^2 * Real( 1/z ) z が小さければ、これは近似的に 4 Real( z )』 この計算過程を出来ましたら近似の部分も含めまして具体的にご教授して頂けませんでしょうか。 【実験】 ティッシュペーパーで水と食塩水を比較したら面白かったです。食塩水の方はビリビリ音を立てながら一瞬で乾いて固まりました。導電性の加熱が強烈に働いていると思われました。これは容器との接触部分の塩水にエネルギーがかなり使われており、そこでの損失分（発生した熱）が背後の塩水に伝導されなければ容器を含む外側へ熱を奪われやすいと思います。 この２種類の濡れティッシュをレンジ内の壁に貼り付けると差異がありませんでした。 これは単純に壁は誘導加熱も導電性の加熱もどちらの原理でも加熱されないということでしょうか。電磁波の多くがレンジ内の壁に反射しまくっているとすれば食塩水のティッシュに電磁波が当たっているはずです。なぜ同じ厚みなのに導電性の加熱が生じないのでしょうか。 コショウの対流実験ですが、それは（低温時の）電子レンジ加熱のモデルになりますでしょうか。上層にコショウが集ったのは気泡のせいがありませんでしょうか。 脳以外にもガタが来ており今後たびたびお礼など遅延する事態があると思いますが宜しくお願いします。
- veryyoung
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ANo.6にいただいたコメントに関してです。 ＞今度は３００ｇ（高さは７ｃｍ以上）で、水と２％食塩を加熱しました。指先に温度差を感じませんでした。食塩を５％にして比較したところ、まずレンジ内から容器を取り出す時点で、食塩水の方はチリチリに熱く感じました。しかし指を入れると温度差がはっきりしませんでした。両者を箸で同時にかき混ぜました。上下や外内の温度分布に差があると思われるからです。その結果、はっきりと温度差を感じるようになりました。食塩水の方が温度が低いです。 水も食塩水も電磁波が内部で消滅する条件を設定したという事ですね。攪拌後食塩水の方が温度が低いという事は、電力半減深度では、食塩水が温まり難い理由は説明できないという結論になりますよね。試料境界での特性インピーダンスの不整合の悪化が原因かもしれません。内部表層電界/外部電界は、 真水 20℃ で約 1 / √(80 + j 10 ) ですが、5 % 食塩水 7 S/m だと、1 / √(80 + j 60 ) のようになりそうです。さらに70℃にもなれば、導電率は倍になり複素誘電率虚部は実部を上回りそうです。この式は加熱量の減少を表していますが、温度変化と共に誘電率実部も変化し、様々な現象が付随します。現象の何割を説明できているか判りませんが参考まで。 食塩の効果、私も実験してみました。水道水および 3% 食塩水 23℃ 各180ccを薄いポリエステルコップ入れ、二つ同時に 600 W、120 秒加熱、直後に上面および底の温度を赤外線放射温度計で測定、さらに攪拌して水面温度を測定。３回の結果です。 １） 水道水-上：56℃、水道水-底：44℃、水道水-攪拌後：50℃ 食塩水-上：66℃、食塩水-底：46℃、食塩水-攪拌後：50℃ ２） 水道水-上：56℃、水道水-底：48℃、水道水-攪拌後：51℃ 食塩水-上：61℃、食塩水-底：41℃、食塩水-攪拌後：47℃ ３） 水道水-上：56℃、水道水-底：46℃、水道水-攪拌後：50℃ 食塩水-上：62℃、食塩水-底：44℃、食塩水-攪拌後：48℃ 水道水と当該食塩水のtanδあるいは電力半減深度は 5倍、温度の高い所では、もっと異なります。しかし攪拌後の温度差異は小さなものでした。有意差があるのは水面温度です。熱水層が側面を這い上がる過程の途中剥離量の違いか、水面停留後の追加熱量の違いが要因でしょう。 ＞下から加熱する場合なら対流が役立ちますが、電子レンジ加熱の場合、対流は温度の均一化にあまり有効ではないように思います。 電子レンジ加熱であっても対流は未加熱部分である冷水塊を加熱可能部位に導くのに役立っています。側面表層は上昇し、それを埋める形で内部冷塊は沈降して底部から側面に供給されるという循環が生じます。薄いプラスチックコップに冷水を入れ、胡椒を分散させたものを、熱水に漬ければ側面の這い上がりを目視できます。電子レンジ側面表層加熱の模擬状態です。水面に熱水が停留する様子も印象的でした。下から加熱しても、急速だと大きな熱塊を生じ、砕く（分散させる）ことができなければ、水面までの上昇を避けられないのではありませんか。電子レンジ加熱と下から加熱の最大の相違は「加熱を終えた事にしたい熱塊」が追加熱され続けるか否かにあるように思えます。「お燗」のサイト拝見しましたが、上部の加熱抑制区画は、加熱加工済み完成品の貯蔵庫と言えそうです。 ＞液体であっても深部から加熱できる方が有利と思われます。 確かにもし、均一に熱量を加える事ができれば、一切の対流を排除する事ができ、上部に熱塊が停留することも無く、均一な温度に仕上がります。 ＞ご飯よりルーが熱かったかどうか。 ご飯、つまり飯粒の集合体が加熱し難いという事はありませんよ。ANo.6で提案の実験の説明にも「まばらに並べて」と書きましたが、加熱し難いのは密集してない飯粒です。 ＞導電性に由来する発熱（抵抗損）と、水分子の摩擦による発熱との比（つまり加熱に貢献する割合）はどのくらいになるのでしょうか。ただの水の抵抗損は無視できるオーダーなのでしょうか。 水道水の導電率は、 http://www.horiba.com/jp/horiba-advanced-techno/hatwave/vol2/f_s_dic/ http://www.aquas.co.jp/doc/aquatec/info_pdf/info_vol_50.pdf によれば、10 ～ 20 mS/m です。ANo.5に記載の、導電率 / (2 π f) / 真空誘電率 を計算して見てください。無視できる事がわかります。 ＞アルミ箔は磁器の上なら火花がでないということでしょうか。 磁器の面に平行な電界は小さくなります。垂直な電界については小さくならないのでは。
お礼
パソコンの通信を介して、教導していただけるのは有り難い事です。 私の周波数に適当なリンクのご紹介もありがとうございます。今回、回答者さんご教示の電磁気学を素人が理解・納得するために適当なリンクなどご存知でしたら宜しくお願いします。 閲覧性をために、この質問上にも数式を転載しておきます。 ・発熱量P＝２πｆ*ε0*εr*ｔａｎδ*Ｅ^2［Ｗ/ｍ^3］ ・電力半減深度Ｄ＝３．３２×１０7／ｆ*√（εr）*tanδ （８）食塩水に電気が通るというのはどこに電気が通るのですか。そのエネルギーは熱になるのですか。 （９）導電性による発熱は誘電加熱ではなくて正式な名称は何なのですか。その発熱量の式は。 結局、総発熱量に対して、誘電加熱と導電性による加熱の割合が変わるだけで、同じなのですか？ （１０）温度があがると誘電率・導電率は変わるのですか。 その結果、水と食塩水の発熱量はどうなるのですか。 水は低温（＞０℃）ほど誘導発熱しやすく、 （１１）＞『導電率 / (2 π f) / 真空誘電率 が、虚部比誘電率になります。この誘電正接は 37 / 80 ですから、誘電体としての 0.1 を上回っています。』（Ｎｏ．5） これは具体的にはどういう式同士を比較しているのですか。 【実験】して下さり有り難うございます。もっと大きい容器でもっと塩濃度をあげてもっと高温まで実験してみて下さい。私は高温の物に指を突っ込んで計測しましたが、冷めていく過程であっても熱い方が低い方を抜かして低温になる事はないでしょうし。 ただ、食塩水の方が比熱が低いという話もありますよね（意外な事に、ネット上に、その数値が見つからないのですが）（私が回答者さんの考察に対して言いたかったのは世間ではこの電子レンジの加熱効率の議論がなされていないという事です。いい加減で早計な健康科学やエコ対策はメーカーやメディアがしているのに、電子レンジの野菜の切り方や置き方、具材の分別など、伝えられていません。それが不思議なのです。） 食塩水自体はものすごく誘導加熱されるのかもしれませんが、食塩水が温めにくいというのはそういう意味ではありませんよね。直火の方が肉の表面は高温になります。でも電子レンジの方が熱くなる、という議論です。攪拌して食塩水の方が低温ならば食塩水は温まりにくいという議論です。実際食塩水の深部に対しては事実なのです。電力半減深度が極端に浅ければさらに（誘導加熱されやすいが）温まりにくいと言えます。直火型になっていくわけです。 やはり、対流は、外部に接する壁面を伝わるのではあれば、かえって冷却装置の循環になります。上方から電磁波が照射される液体において、上部に高温の層が集るのは、直火で底部に熱塊が残るのと同じ配置関係になります。高温の水が上に集らない、つまり対流しない方が電子レンジは効率がいいと思います。加熱対象の誘電率と寸法に合わせて、周波数（電力半減深度のｆ）を変えて、加熱できれば一番なのでしょうが。 飯粒のお話は理解できております、カレーライスの話は、ルーとライスの加熱比較の話です。どっちだったかなあという所感です。 バラバラの飯粒はチャーハンや醤油飯の方が加熱されやすいんでしょうかね。逆に、バラバラでなく、通常の集団で加熱するような場合、素の白米の方が加熱されやすいんじゃないですかね。ルーをかけたカレーライスのライスはぜんぜん温まらなかったような記憶があります。それで私は分けて加熱するようになったのです。 アルミ箔の火花は形状が効いていますね。 カレーライスに突き刺したまま、中途半端なゆらゆらサランラップをして電子レンジしたところ、火花をだしたことがあります。その一回にこりてスプーンを入れたままの加熱はやめるようにしていたのですが。 あれは、カレーライスという地面の皿からアンテナスプーンを皿の円周からはみ出していたからでしょうか。ターンテーブルの振動や庫内の風でラップが接触したりしなかったりしたからでしょうか。早く食べたかった当時はそんなことまったく考えもしませんでした。
- veryyoung
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=== 訂正 === ANo.4、ANo.5 の記述に誤りがありました。寸法が小さい場合、内外電界比率が誘電率比 80に達する形状（平板）はあるものの、ANo.4の「誘電球」という設定では、27くらいです。 E / Eo = 3 εo / ( ε + 2 εo ) が適合しそうです。この場合の発熱量の寸法効果は約 9 となります。 ANo.6、米粒ではなく飯粒と書くべきでした。
お礼
誠実なご回答ありがとうございました。今後とも宜しくお願いします。
- veryyoung
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ANo.5にいただいたコメントに関してです。 ＞電力半減深度の式は、何か他の一般的な式から導出できないものなのでしょうか。 電気振動でも機械振動でも、損失のある伝搬に共通する式として、 Y = Yo exp( - γ x ) という形がありますね。γの実数部が、x 方向への減衰を与えます。 電磁波では γ = jω √(εμ) です。εは複素誘電率、μは複素透磁率。 比透磁率１、また誘電損が大きくない条件で、近似式を得ましょう。 √(εμ) は伝搬速度の逆数ですから、 γ の実部は、 1/2 * (tan δ) ω / ( c / √(比誘電率実部） ) 誘電体内部の波長をλ= c / √(比誘電率実部）/ f で示せば電界強度の減衰は、 E = Eo exp( - (tan δ) π x / λ ) と明快表現できます。E / Eo が 1/√(2) になる x を求めるよう書き換えれば、深度の式です。 x = 1/2 * ln (2) / π * c / √(比誘電率実部）/ f / tan δ ＞（４）壁についた米粒は加熱されにくいでしょうか。 壁といわずターンテーブルの上でも加熱されにくいでしょう。是非実験で確認して下さい。発泡スチロールかポリ袋を土台にし、米粒をまばらに並べて加熱して見てください。軽負荷対策に離れた所に水を置いてください。それが煮えたぎっても、米粒の温度上昇は僅かです。 ＞（５）ご紹介のグラフは相対湿度４４％のようですが、湿度１００％の伝播損失はないものでしょうか。比例関係にあると思うのですが。 空気に溶け込んでいる状態なら、比例でしょう。 ＞（６）マイクロ波の外部電界の強さではなくて（あるいは別に）、内部電界の強さが、発熱量Ｐの式に掛けられる、というのが回答者さんの発案のお考えという事で宜しいでしょうか。・・・ 内部の電界強度で誘電体の損失が決まるのは、ごくあたりまえの事です。 http://www.microdenshi.co.jp/microwave/ の式１ですが、Kは 2 π εo であり、誘電体のコンダクタンス成分の内部電界 E に対する発熱を示しているにすぎません。問題は内部電界の大きさの見積もりです。形状の効果に関する私の推測はANo.4にもANo.5にも注意深く書きました。電磁気学の知識があれば、簡単な事だと思うのですが、当該効果が流布していない、と言われると、私の誤解かと不安になります。 しかし、No.4 冒頭の実験は容易ですので、ご質問の題目にもある「真実」はご自身で確認いただけます。 ＞ネット上には、食塩水は電力半減深度が浅くて温まりにくいという記述がありました。 電力半減深度が浅くても、そこまでに電力が半分消費される事に差異はありませんよね。固体ならともかく液体が温まりにくい理由になるでしょうか。対流する。温度と共に誘電正接は減少してしまう、導電率なら増加する。電力半減深度は果たして最大因子でしょうか。これも「真実」の確認実験は容易です。とりあえず 5 cm角くらいのプラスチック容器に水深 1 cm くらい水道水と食塩水を張って比較しては・・・。私は豆腐の入っていたポリプロピレン容器を使用しました。 ＞アルミ箔・・・ ANo.4で述べましたが、内部電界が零になる帳尻合わせとして縁端部空間の電界が大きくなります。球面にすれば鋭い縁がなくなりますが、縁端部を丸めるとか誘電体で縁取っても損傷は防げるでしょう。 ドーム状にして縁端部円周を全て水に漬けると、火花は出ませんでしたよ。 ＞回答者さんのレンジ内に結露は生じませんか。 もちろん結露します。蒸発量が多ければ露点温度は上昇するでしょう。少々壁面が熱くても結露はあるのが道理ではありませんか。 ＞（７）レンジの内の湿度や壁の結露はエネルギーロスに値しないという結論で宜しいのでしょうか。・・ エネルギーロスは、食材容器から蒸気が漏れ出した時点でほぼ確定しているのではありませんか。その後、結露しようが、排出されようが、すでに 600 cal/g は損しています。その後の追加ロスはいわゆる二次の項。ご質問文に「結露はまったく熱くない」とお書きですが、微小項とは思いませんか。
お礼
ご指導ありがとうございます。 食塩水について実験してみました。４５０ｇヨーグルトの容器で、幅も高さも７ｃｍ以上あります。温度は指先の感覚で比較しました。 水盤の高さ１ｃｍ（少ない液量）で比較すると明らかに食塩水の方が高温になっていました。これは食塩水の電力半減深度が浅い証拠になると思います。おそらく食塩水濃度は５％ぐらいでした。 今度は３００ｇ（高さは７ｃｍ以上）で、水と２％食塩を加熱しました。指先に温度差を感じませんでした。 食塩を５％にして比較したところ、まずレンジ内から容器を取り出す時点で、食塩水の方はチリチリに熱く感じました。しかし指を入れると温度差がはっきりしませんでした。両者を箸で同時にかき混ぜました。上下や外内の温度分布に差があると思われるからです。その結果、はっきりと温度差を感じるようになりました。食塩水の方が温度が低いです。 今砂糖がないので、実験できないのですが、砂糖ならどうなるんですかね。 最近レトルトカレーを食べていないので忘れましたが、冷えたカレーライスを加熱した時はどうだったか、ご飯よりルーが熱かったかどうか。 下から加熱する場合なら対流が役立ちますが、電子レンジ加熱の場合、対流は温度の均一化にあまり有効ではないように思います。液体であっても深部から加熱できる方が有利と思われます。 導電性に由来する発熱（抵抗損）と、水分子の摩擦による発熱との比（つまり加熱に貢献する割合）はどのくらいになるのでしょうか。ただの水の抵抗損は無視できるオーダーなのでしょうか。 「お燗」 http://members3.jcom.home.ne.jp/sake-wakamatsuya/dennsirennjiniyoruokanzake.html アルミ箔は磁器の上なら火花がでないということでしょうか。
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お礼
ご回答ありがとうございます。 濃いソースが肉に買っているような食材（電子レンジで温めるだけのホルモン料理の惣菜とか）を加熱する時など肉とソースの温度差が大きいです。電磁波境界がないのでしょうか。液体に入れた物は電磁波境界がなくなってしまうのでしょうか。そうなると液体に入れたら処理できてしまう問題が多いですよね。 当初の疑問に対するご回答者さんの原理と参考が電磁波境界と食塩水だったのでその解答に対して補足しませんことには納得に至りませんよね。プロはバイアスと嘘があります。 明解善良な回答者さんが専門屋ではなくて良かったです。もちろん私にはプロと素人という肩書きは通用しません。その無名の人が何を説明できたかです。説明できていないプロを信じろなんて質問しない方がいいです。プロを盲信する信者が疑問不安を持つのが矛盾なのです。 善良な回答者のコメントが一番、参考になります。 ご親切心にも感動しています。ありがとうございました。 質問を分解して関連質問をしようと思います。今後ともよろしくお願いします。