Materiales de carbón y microondas

Los materiales dieléctricos pueden ser calentados mediante la aplicación de energía microondas. Algunos de ellos poseen moléculas polares, como el agua, en los que el calentamiento se produce mediante un mecanismo de polarización por orientación. Esto es, debido a una reorientación de los dipolos permanentes en su intento por seguir el campo eléctrico aplicado. Los dipolos se ven influenciados por el rápido cambio de polaridad del campo eléctrico. Así, aunque están normalmente orientados al azar, el campo eléctrico los empuja a alinearse. Cuando el campo eléctrico se relaja, es decir, cuando su amplitud alcanza el valor cero, los dipolos vuelven a orientarse al azar para ser empujados de nuevo a alinearse cuando la intensidad del campo eléctrico aumenta y adquiere la polaridad opuesta. Puesto que esto ocurre millones de veces por segundo, se produce una conversión de energía del campo eléctrico en energía potencial almacenada en el material, y luego, en energía térmica en el material.

En el caso de los materiales de carbón que no poseen dipolos permanentes, el calentamiento se produce por otro mecanismo diferente denominado polarización por carga del espacio (Efecto Maxwell-Wagner). Este mecanismo se da en materiales que, como muchos de los materiales de carbono, poseen electrones libres cuyo desplazamiento está restringido por las uniones entre granos (electrones de los planos basales). En ellos, regiones macroscópicas del material se convierten en positivas o negativas. Al igual que en caso anterior esta rápida reorientación de los electrones, en este caso, da lugar al calentamiento del material.

En el siguiente video se muestra lo que sucede cuando se calienta (en atmósfera inerte de N2)  un carbón activado en un horno microondas. Al principio hay un pequeño chisporroteo constante, lo cual se atribuye a la formación y desaparición de microplasmas, al cabo de unos pocos segundos el calentamiento es más homogéneo y todo el material se pone al rojo.

Esta propiedad que tienen los materiales de carbón para calentarse cuando se exponen a las microondas puede ser aprovechada para calentar, de forma indirecta, otros materiales transparentes a las microondas, y que por tanto no se calientan. En el siguiente video se ve el calentamiento de un material transparente a las microondas mediante el uso de partículas de grafito que se encuentran mezcladas con el material transparente y que actúan como captadores de microondas. El calentamiento es en atmósfera inerte de N2 y en este caso la formación de los plasmas es más evidente que en anterior. El grafito se calienta por la acción directa de las microondas y éste a su vez hace que el material que lo rodea se caliente por conducción y convección.

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