题目
• 设计一个利用电学特性检测农产品‘品质’或 ‘水分’的装置
有图说明 组成与原理 对象 检测方法 10页以上 列出参考文献 下周上课前发给我 : jwang@ 二同学间不得：抄袭
一、基本概念
农业物料的电学特性--基本概念
农业物料的电学特性可分为二类: 一类是在物料内部存在某种能量而产生电位，
例如生物物料中的生物电位差； 另一类是指影响物料所在空间的电磁场及电流
分布的一些特性，例如电阻、电导、介电特性 等。
1 电阻和电导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻和电导
电阻和电阻率的定义
电阻R是导体内两端的电位差与电流强度之比。 电阻率ρ是用来比较各种物质相对的电阻大小
的量，又称比电阻。
体(电介质)。 电介质其分子中的电子受到很大束缚力，致
使电子不能自由移动，故电介质在一般情况 下是不导电的。
电学特性--概念--介电特性
如果将电介质置于外加电场中，则电介质将 被极化。
这时有极分子由杂乱的排列变为定向排列， 形成定向极化，在电介质表面上出现正、负 电荷。
极化会生相反电场，并使充满电介质的电容 器极板间的电位差减小，电容量增大。
其单位为S／m。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电阻率及电导率在确定农业物料及食品的含水 率和其它物理化学特性方面有着广泛的应用。
生物物料电阻率很低，电阻率及电导率大部分 局限于含水率测定上。
举例－－豆浆的电导率
通电加热是利用物料的电导特性，当在物料的 两端施加交变电压时，物料中有电流通过，自 身产生热量。
豆渣悬浮液的通电加热速率(a)及温度θ与电导率的关系(b)
在豆浆中加入电导率很小的颗粒物质(豆渣)，使豆 浆的加热速率和电导率都略有降低，含渣量越多， 其加热速率和电导率下降越明显。
豆渣的加入阻碍了豆浆中导电颗粒和离子的运动， 运动阻力增大，导电性能下降，电导率降低。
加渣对豆浆加热速率（a)和电导率γ(b)的影响
电学特性--概念--介电特性
相对介质损耗因数反映电 介质在交流电场中可能损 耗的能量。
其值愈大表明物料在微波 处理时加热愈快。
电学特性--概念--介电特性
介电特性主要有三项，即相对介电常数，相对
介质损耗因数和介质损耗角正切tg 。它们之
间关系可用下式表示
r r jr r e j
温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时 间缩短，从而使电阻率增大。
电阻率与物料内的自由电子数成反比。
电学特性-- 概念 --电阻和电导
电导和电导率 物体的电导是指该物体所通过电流与该物体
所加电压的比值。 对直流电路而言，就是电阻的倒数，其单位
为S。 电导率是电阻率的倒数，记为
σ＝1/ρ= L /R A，
• 豆浆固形物质量分数增大，导电成分成比例增加，豆浆的 电导率随固形物的增加成线性增加。
温度θ(a)和固形物质量分数w(b)对豆浆电导率γ的影响
加热速率
加热速率及电导率在60℃左右发生突变。 在60℃以下，加热速率和电导率较小；在60℃以
上，加热速率和电导率快速增加。 含渣量越多，加热速率和电导率也越高。
增大电场强度，豆浆的电导率 并没有发生变化。 主要原因是电压增大，加速了豆浆中离子和导电颗
粒的运动，通过物料的 电流也成比例增加，但电流 与电压的比值并没有增大，所以电导率基本不变。
电场强度E对豆浆电导率γ的影响
2 介电特性
电学特性--概念--介电特性
电介质的极化和介电常数 按导电性质的不同，物体可分为导体和非导
电学特性-- 概念 --电阻和电导
可用下式加以定义：
ρ=RA/L L——导体长度 A——导体横截面积 电阻R是与导体尺寸有关的量，而电阻率ρ
是与导体尺寸无关的量。因此，电阻率是表 征导体性质的一个物理量。
电学特性 -- 概念 --电阻和电导
生物物料的电阻率不仅与物料性质有关，而且 还与含水率和温度有关。
举例
水果的电学特性及与品质的相关性 农作物生长过程的电学特性
电学特性对农作物生长的影响 是否可以利用电学特性对畜产品品质进行评价 谷物（如稻谷、小麦等）存在哪些电学特性 电学特性在农产品分级加工中的应用
一、基本概念 二、物料电特性测量方法 三、电学特性与技术在农业中应用
作业
要求
• 通过查阅资料，完成一个PPT
介质损耗 将平板电容器两极扳间充以电介质，在高频电场作
• 升温速率快，加热均匀； • 无传热面，也就没有传热面的污染问题； • 热效率高(90%以上)； • 易于实现连续操作； • 适合较高浓度的液体和固液混和物的加热。
豆浆通电加热速率的大小主要决定于豆浆的电 导率。
豆浆的电导率与温度成直线关系.
• 主要是蛋白质胶体颗粒和无机盐离子，随温度的升高，导 电颗粒和离子的运动增大，电导率增大；
tg r / r
式中 r r ——复数相对介电常数
r ——相对介电常数 tg ——相对介质损耗因数
——介质损耗角
电学特性--概念--介电特性
电介质的相对介电常数可定义为

r
C C0
式中 C——以材料为介质时的电容器的电容 C。——以真空为介质时的电容器的电容
相对介电常数是物料实际介电常数和真空介 电常数的比值，是一个无量纲的量，可写成
农业物料的电学特性
如何利用电学特性评价农产品品质。 如何利用电学特性进行植物生长信息和生理
信息的检测。 电强与植物生长作、动物生长间的关系如何。 除课堂内容外，你能否设计一种电学特性方
面的装置，并在日常生活中有所应用。
生物电学特性及生物系统工程中的应用 如何利用电学特性评价农产品品质。 设计一个电学特性评价农产品品质的测试装置。 举例电学特性生物信息获取中的利用。
r 0
电学特性--概念--介电特性
介质损耗角的正切也是反映能 量的损耗。
介质损耗角是交流电的总电流I 与电容器中的电容电流之间的 夹角。
充满理想电介质的电容器无能 量损耗，电流超前电压90°。
由于有了损耗，使相位角减小， 损耗角增加。
损耗角和相位角的关系如下
=90°-
电学特性--概念--介电特性