POINT
電子を激しく動かして内部から熱を発生させる
加熱する方法には、対象物の外側から熱を加える「外部加熱」と、対象物自体が発熱体となり、内部から熱を発生させる「内部加熱」の2種類あります。
「高周波誘電加熱」は内部加熱ですが、まずはわかりやすい「外部加熱」から説明していきます。
外部加熱とは？
外部加熱は、対象物に外部熱源から熱を加える方法で、お湯を沸かす、調理をするなど身近な加熱のほとんどが外部加熱です。熱の伝わり方によって「伝導・対流・放射」の3つの原理に分けられ、これを「熱移動の三原則」と呼んでいます。
伝導
熱が物質によって運ばれること。温度の高い方から低い方へ一方方向で伝わる。
（例：トースターでパンを焼く）
対流
温度差によって生まれる動き（流れ）によって熱が伝わる。温まると上昇する。
（例：風呂、湯を沸かす）
放射
熱が放射線（電磁波）によって運ばれる。物質を介して伝わるわけではない。
（例：ストーブ、日向ぼっこ）
内部加熱とは？
一方「内部加熱」とは、文字通り「内側から加熱する方法」で、電気を利用する方法と、磁気を利用する方法の2通りあります。前者を「高周波誘電加熱」、後者を「高周波誘導加熱」といい、本セクションで注目するのは、電気を使う「高周波誘電加熱」です。
これらの加熱方法を家電に例えて、内部加熱の原理については後述しますが、この加熱方法を家電に例えると
外部加熱＝トースター
内部加熱（高周波誘電加熱）＝電子レンジ
内部加熱（高周波誘導加熱）＝電磁調理器（IHクッキングヒーター）
をイメージするとわかりやすいかもしれません。
「高周波誘電加熱」の原理を理解するための4つのキーワード
- 原子
物質を構成する最小単位で、原子核と電子で構成されています。原子の真ん中にはプラス（＋）の電気（正確には「電荷」。以下「電荷」」と表記）を持つ原子核があり、その周囲をマイナス（ー）の電気（電荷）を持つ電子が回っています。原子核が持つプラスの数と電子が持つマイナスの数は常にイコール。「プラマイゼロ」の状態になっています。
- 自由電子
通常、電子は何らかの束縛を受け、原子核の軌道上を回っていますが、中には束縛を受けずに自由に運動できる電子があります。それが自由電子です。自由電子があるかないかで、電気を通すか通さないかが決まります。
- 導電体
自由電子を持つ＝電気を通す物質を「導電体」と言います。代表的な導電体は金属で、中でも銀が最も電気を通しやすいと言われています。一般的に使われる金属を、電気の通しやすさで順番に並べると[アルミニウム＜金＜銅＜銀]となります。
- 誘電体
自由電子を持たない＝電気を通さない※1物質を「誘電体」と言います。代表的な誘電体には塩化ビニール、ナイロン、塩化ビニリデン・ポリウレタンなどがあります。
※1直流電流が殆ど流れない
高周波誘電加熱の原理
「導電体（金属）」に電圧をかけると、電極に引き寄せられた自由電子は原子核を離れ、自由に動き回ります。この運動によって電流が生じることは先に述べました。
では、電気を通さない「誘電体（塩化ビニール等）」に電圧をかけた場合は、どのような反応が起こるのでしょうか？ 導電体同様、すべての原子は電極側に引き寄せられますが、自由電子のように原子核から離れることができません。原子は一斉に同じ方向を向き、プラスとマイナスの方向が揃います。この現象を「誘電分極」と言います。
これを利用しているのが「高周波誘電加熱」です。電極のプラス／マイナスの入替えを高速で行うことにより、原子の向きを高速で変えることで原子の衝突や摩擦が生まれ、熱を発生させているのです。
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「誘電分極」をさらに深堀してみよう
高周波誘電加熱とは、「誘電体に高周波電磁界を加えると誘電体損失を生じて内部発熱する現象」です。
前述した通り、誘電体とは電気を通さない物質のことで、電流を通す導電体（導体）ではこの現象は起きません。この違いを生んでいる現象が「誘電分極」です。
「誘電分極」とはどのような現象なのか？
前述の通り「誘電体」に電流は流れませんが、電圧がかかると原子の中の電子はプラス側の電極に引っ張られます。これにより、分子は電子の偏った（引っ張られた）方にマイナスを帯び、その反対側にプラスを帯びます。
高周波電磁界の影響を受けている範囲全体でこの電子の偏りが発生し、プラスの電極側がマイナスの電気を、マイナスの電極側がプラスの電気を帯びます。
これが「誘電分極」と呼ばれる現象です。電圧のエネルギーは誘電分極に変換されます。導電体では自由電子の移動により、電圧のエネルギーは電流へと変換されます。
交流電流により、電極のプラスとマイナスは1秒間に数千万回も入れ替わるため、誘電分極もそれに合わせて追従しようとします。これにより誘電体の分子は激しく振動し、衝突や摩擦によって内部から発熱します。ですが、これはあくまでも“現象をとらえる為の概念”です。
「誘電分極」と「誘電体損失」の関係
では、「誘電分極」と「誘電体損失」との関係について、考察していきましょう。
誘電体が置かれると誘電体で分極が起き、誘電体表面の電荷が揃います。
そうした電界の変化に対して、分極した分子の追従が遅れることで「電力損失」が発生します。その電力損失が「熱」に変わります。
よって、「高周波誘電加熱とは、誘電体に高周波電磁界を加えると誘電体損失を生じて内部発熱する現象」となるのです。
誘電体の「誘電分極」は、高周波電磁界の変化に追いつけず、時間的に遅れる事で電流（I）と電圧（V）の位相差に90 度からδ 角のズレが発生します。
