ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (dielectric constant, ε) ) เป็นสมบัติทางไฟฟ้า (electrical properties) ของวัสดุ เป็นค่าที่บ่งบอกถึงความมีขั้ว (polarity) ของวัสดุที่อุณหภูมิใดๆ ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของอาหาร มีความสำคัญกับการออกแบบเครื่องจักรอุปกรณ์แปรรูปอาหาร กระบวนการแปรรูปอาหาร เช่น การให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟ

วัสดุไดอิเล็กทริก

วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง จัดเป็นวัสดุไดอิเล็กทริก (dielectric material) มีความเป็นขั้ว (polar) สูง สามารถกักเก็บประจุไฟฟ้าไว้ จึงเป็นตัวนำไฟฟ้าไม่ดี หรือเป็นฉนวนไฟฟ้า

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของน้ำ

• น้ำในสถานะของเหลว โมเลกุลของน้ำ เป็นโมเลกุลที่มีขั้ว โดยอะตอมของออกซิเจนมีขั้วเป็นลบเล็กน้อย และอะตอมของไฮโดรเจนมีขั้วเป็นบวกเล็กน้อย จึงทำให้น้ำมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง จัดเป็นวัสดุไดอิเล็กทริก (dielectric material) มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริก เท่ากับ 78.5
• น้ำในสถานะของแข็ง  เมื่อน้ำเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็งจะมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกลดลง เนื่องจากโมเลกุลยึดจับกับน้ำที่อยู่รอบด้วยด้วยพันธะไฮโดรเจน ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของน้ำแข็งมีค่าเท่ากับ 3.2

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสารละลาย

สารละลายไอออนิก เช่น เกลือแกง (NaCl) เมื่ออยู่ในน้ำจะแตกตัวเป็นไอออน ทำหน้าที่เป็นตัวน้ำไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นการเติมเกลือแกงไปในอาหารทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของอาหารลดลง

ในแง่ของการทำละลาย ของเหลวที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูง เช่น น้ำ จะสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการแตกตัวของ electrolyte ในน้ำได้ง่าย สารที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกใกล้เคียงกันมักจะละลายซึ่งกันและกันได้ดี

ความสัมพันธ์ระหว่างความมีขั้วกับค่า dielectric constant ของตัวทำละลาย

 

ตัวทำละลาย	Dielectric constant
Non polar	1-20
semipolar	20-50
polar	>50

 

ที่มา: http://pharm.kku.ac.th/thaiv/depart/techno/basicpharm/downloads/Lesson3.pdf

 

ตารางด้านล่างแสดงค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของของเหลวที่ 25 องศาเซลเซียส

 

สาร	Dielectric constant
Water	78.5
Sorbitol solution (70%w/w)	62.0
Syrup USP	56.0
Glycerol	42.5
Methanol	32.6
Propylene glycol	32.1
Ethanol	24.3
Acetone	20.7
Isopropyl alcohol	18.3
Benzyl alcohol	13.1
Polyethylene glycol 400	12.4

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของอาหาร

• อาหารสด เช่น ผัก ผลไม้ เนื้อสัตว์ มีน้ำเป็นส่วนประกอบมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงใกล้เคียงกับน้ำ
• อาหารแช่เยือกแข็ง (frozen food) มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำลงกว่าอาหารสด เนื่องจากโมเลกุลของน้ำในอาหารแช่เยือกแข็งเปลี่ยนสถานะ และมีค่าไดอิเล็กทริกต่ำกว่าน้ำ

 

การทดสอบค่าคงที่ไดอิเล็กทริก

ทดสอบค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุใด ทำโดยนำวัสดุนั้นไปวางไว้ในสนามไฟฟ้ากระแสสลับ วัสดุใดมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงจะกักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มาก

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุ มีค่าเท่ากับอัตราส่วนระหว่างค่าความจุไฟฟ้า (capacitance) ของวัสดุต่อค่าความจุไฟฟ้าของสุญญากาศ (ไม่มีหน่วย)

การทดสอบค่าไดอิเล็กทริกของวัสดุแสดงในรูปด้านล่าง

 

ที่มา : http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/dielectrics/dielectric_constant.php

 

 

Reference

P. KUMAR, P. CORONEL, J. SIMUNOVIC, V.D. TRUONG, AND K.P. SANDEEP. 2007. Measurement of Dielectric Properties of Pumpable Food Materials under Static and Continuous Flow Conditions. Journal of Food Science Vol 72