Kuchenka mikrofalowa wykorzystuje mikrofale do podgrzewania pokarmów

Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami ultrakrótkimi , zaliczane są do fal radiowych . W różnych opracowaniach spotyka się różne zakresy promieniowania uznawanego za promieniowanie mikrofalowe np: 1 mm ( częstotliwość 300  GHz ) do 30  cm (1  GHz )^[1], częstotliwość = 3·10⁹ – 3·10¹² Hz, a długości λ = 10⁻⁴ – 0,1 m ^[2]. W elektronice stosowanie sygnałów o częstotliwościach mikrofalowych oznacza, że rozmiary urządzenia (w najprostszym przypadku falowodu ) są zbliżone do długości fali przenoszonego sygnału i opis obwodu przy pomocy elementów o stałych skupionych nie jest wystarczająco dokładny.

Pochłanianie mikrofal

Promieniowanie mikrofalowe może być pochłaniane przez materię na dwa różne sposoby. Pierwszym z nich jest polaryzacja dipolowa. Jeśli w materiale są cząsteczki chemiczne będące dipolami, to w wyniku działania pola elektrycznego fali elektromagnetycznej starają się ustawić zgodnie z kierunkiem i zwrotem tego pola. Wektor pola elektrycznego zmienia zwrot co pół okresu fali promieniowania. Dipole zmieniają więc również ustawienie, podążając za polem. Podczas obrotów uderzają w sąsiadujące z nimi cząsteczki, przekazując im nabytą od promieniowania energię. Te przekazują ją kolejnym i w ten sposób ciepło rozprzestrzenia się w materiale. Mechanizm polaryzacji dipolowej, odpowiada za ogrzewanie jednak tylko substancje, których cząsteczki są dipolami, takie jak woda , metanol , DMF, octan etylu , chloroform , chlorek metylenu , kwas octowy . Substancje takie jak heksan , benzen , eter dietylowy czy czterochlorek węgla nie ogrzewają się pod wpływem promieniowania mikrofalowego.

Drugi mechanizm pochłaniania promieniowania mikrofalowego opiera się na przewodnictwie jonowym. Gdy w materiale znajdują się jony, zaczynają one przemieszczać się zgodnie z kierunkiem pola elektrycznego: dodatnie w jedną, a ujemne w przeciwną stronę. Zderzając się przy tym z innymi cząsteczkami, powodują rozprzestrzenianie się energii cieplnej w materiale.

Istnienie fal elektromagnetycznych, którymi są też mikrofale, przewidział jako wniosek z równań odkrytych przez siebie James Clerk Maxwell w 1864 roku. Pierwsze doświadczenia, przeprowadzone przez H. Hertza , pokazujące istnienie fal elektromagnetycznych wysyłały i odbierały fale w zakresie UHF zaliczanym do mikrofal. Rozwój techniki i teorii mikrofal wystąpił dopiero w latach 30. XX w okresie prac nad radarami .

Ziemska atmosfera pochłania całkowicie promieniowanie mikrofalowe o częstotliwości powyżej 300 GHz .

Zastosowania

Podstawowe zastosowania mikrofal to radar i łączność

• radary mikrofalowe od 300 MHz do setek GHz, w większości tych urządzeń, od 1 do kilkudziesięciu GHz: do wykrywania, namierzania, rozpoznania, identyfikacji, (systemy IFF ); w zastosowaniach militarnych i cywilnych, na lądzie, wodzie, w powietrzu i w przestrzeni kosmicznej
• naprowadzanie broni na cel
• radiozapalniki – w pociskach przeciwlotniczych i przeciwrakietowych
• militarne systemy rozpoznawcze zwiad elektroniczny
• systemy walki elektronicznej
• radarowy pomiar prędkości
• radar antykolizyjny
• radar meteorologiczny
• radary geodezyjne – sporządzanie map powierzchni Ziemi i innych ciał niebieskich
• łączność radioliniowa punkt-punkt, również na większe odległości – z zastosowaniem wielu przęseł radiolinii
• łączność satelitarna do i z satelity na ziemię, w tym: łączność telefoniczna, faksowa, szeroko pojęta transmisja danych, radiodyfuzja satelitarna: telewizja i radiofonia
• łączność międzysatelitarna
• łączność z satelitami badawczymi, kosmicznymi sondami międzyplanetarnymi i do badania dalekiego kosmosu sondy: Viking , Pionier , Deep Space 1
• radioastronomia – badanie kosmosu w zakresie mikrofalowym przy pomocy radioteleskopów, np. badanie mikrofalowego promieniowania tła jest podstawą teorii tzw. Wielkiego Wybuchu
• kuchenka mikrofalowa do rozmrażania, podgrzewania i gotowania żywności
• suszenie mikrofalowe w przemyśle, osuszanie budynków
• pomiary wilgotności
• maser to urządzenie podobne do lasera , tyle że działa w zakresie mikrofalowym – jako wzorce częstotliwości i czasu
• broń elektromagnetyczna planuje się wyposażenie wielozadaniowego samolotu Lockheed F-35 Lightning II w broń energetyczną prawdopodobnie w wysokoenergetyczny generator wiązki mikrofal; broń obezwładniająca do rozpraszania tłumu (ADS 95 GHz)
• telefony komórkowe : standardu GSM pracują w częstotliwościach 870–960 MHz , DCS 1710–1880 MHz oraz UMTS 2,1 GHz
• nawigacja : system globalnego pozycjonowania ( GPS ) wykorzystuje fale o częstotliwości L1 1575,42 , L2 1267, L3 1173 MHz  ; inne systemy nawigacyjne: rosyjski GLONASS , europejski Galileo
• bezprzewodowe sieci komputerowe : (WLAN) jak np. IEEE 802.11 używają mikrofal w zakresie 2,4 GHz bądź 5 GHz (w przypadku 802.11a ); sieci WiMax
• łączność pomiędzy urządzeniami bluetooth używają mikrofal w zakresie 2,4 GHz
• energetyka prowadzone są badania nad przekazywaniem energii elektrycznej przy pomocy mikrofal na duże odległości np z orbity na ziemię
• reaktor mikrofalowy używany w chemii do przeprowadzania reakcji w warunkach naświetlania mikrofalami

Większość zastosowań opiera się na zakresie fal od 1 do 40 GHz .

Zakresy mikrofal

Według nowego podziału:

Postacie związane z badaniem i wykorzystywaniem mikrofal: Michael Faraday , James Maxwell , Heinrich Hertz , Guglielmo Marconi , Samuel Morse , Lord Kelvin , Oliver Heaviside , John William Strutt , Oliver Lodge.

Zobacz też

• promieniowanie tła
• radio
• optyka
• promieniowanie elektromagnetyczne
• kuchenka mikrofalowa

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Projektowanie podstawowych układów mikrofalowych