Mikrofale - Polski Serwis Naukowy

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, przykładowo od 1 mm (częstotliwość 300 GHz) do 30 cm (1 GHz), częstotliwość = 3·10 ÷ 3·10 Hz, a długości λ = 10 ÷ 0,1 m . Ten zakres pokrywa również pasma UHF oraz EHF (fale milimetrowe).

Długość fali — najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali — zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.
Michael Faraday (ur. 22 września 1791, zm. 25 sierpnia 1867) – fizyk i chemik angielski, jeden z najwybitniejszych uczonych XIX w., eksperymentator, samouk.

Istnienie fal elektromagnetycznych, którymi są też mikrofale, przewidział jako wniosek z równań odkrytych przez siebie James Clerk Maxwell w 1864 roku. Doświadczenia, przeprowadzone przez H. Hertza, pokazują istnienie fal elektromagnetycznych, wysyłane i odbierane w tych doświadczeniach fale były zakresie UHF zaliczanym do mikrofal. Rozwój techniki i teorii mikrofal wystąpił dopiero w latach 30. XX w okresie prac nad radarami.

Heksan (C6H14) – organiczny związek chemiczny z grupy alkanów. Izomery heksanu są bardzo niereaktywne oraz są często stosowane jako rozpuszczalniki w reakcjach organicznych, ponieważ są wysoce niepolarne. Wchodzą również w skład benzyn.
Absorpcja – w optyce proces pochłaniania energii fali elektromagnetycznej przez substancję. Natężenie światła wiązki przechodzącej przez substancję ulega zmniejszeniu nie tylko w wyniku absorpcji, lecz również na skutek rozpraszania światła. O ile jednak promieniowanie rozproszone opuszcza ciało, to część zaabsorbowana zanika powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała.

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. W związku z tym w praktyce odchodzi się od stosowania klasycznych elementów dyskretnych (takich jak rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne) używanych przy niższych częstotliwościach.

Reaktor mikrofalowy – urządzenie emitujące promieniowanie mikrofalowe, przeznaczone do przeprowadzania reakcji chemicznych. Może być wykorzystywane w laboratoriach badawczych, w przemyśle i w budownictwie. Energia mikrofalowa pozwala znacznie przyspieszyć przebieg procesów chemicznych. Zasada działania reaktora mikrofalowego jest taka sama, jak domowej kuchenki mikrofalowej. Mikrofalowe reaktory laboratoryjne pozwalają na precyzyjną kontrolę ilości energii doprowadzonej do naczynia reakcyjnego. Reaktor zawiera zwykle mieszadło magnetyczne o regulowanej liczbie obrotów, czujnik temperatury, komin, przez który można zamocować chłodnicę. Najbardziej rozpowszechnione są reaktory mikrofalowe do przeprowadzania reakcji pod ciśnieniem atmosferycznym. Istnieją również reaktory mikrofalowe dostosowane do przeprowadzania reakcji pod zmniejszonym/zwiększonym ciśnieniem.
Energetyka – dział nauki i techniki, a także gałąź przemysłu, które zajmują się przetwarzaniem dostępnych form energii na postać łatwą do wykorzystania przy zasilaniu wszelkich procesów przemysłowych, a także napędzaniu maszyn i urządzeń używanych w życiu codziennym.

Pochłanianie mikrofal

Promieniowanie mikrofalowe może być pochłaniane przez materię na dwa różne sposoby. Pierwszym z nich jest zjawisko strat dielektrycznych, głównie na skutek polaryzacji orientacyjnej (dipolowej). 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. Pole elektryczne przekazuje dipolom energię, która jest następnie rozpraszana w materiale w postaci ciepła. Mechanizm polaryzacji orientacyjnej, odpowiada za ogrzewanie tylko tych substancji, których cząsteczki są dipolami, takie jak woda, metanol, DMF, octan etylu, chloroform, chlorek metylenu, kwas octowy. Substancje nie posiadające dipolowych cząsteczek takie jak heksan, benzen, eter dietylowy czy czterochlorek węgla praktycznie nie ogrzewają się pod wpływem promieniowania mikrofalowego.

Nawigacja – dział wiedzy zajmujący się określaniem bieżącego położenia oraz drogi do celu dla statków, pojazdów i innych przemieszczających się obiektów.
Lampy mikrofalowe – ogólna nazwa dużej grupy lamp pracujących w zakresie bardzo wysokich częstotliwości (mikrofal). Lampy te istotnie różnią się w konstrukcji od "zwykłych" lamp elektronowych (nazywanych też lampami siatkowymi, gdyż elementem sterującym w nich jest siatka, która oddziałuje na ilość elektronów emitowanych z katody) . W lampach mikrofalowych na elektrony emitowane z katody oddziałuje bezpośrednio pole elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości. Pole elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości może być wytwarzane przez samą lampę w lampach generacyjnych (np. magnetronie czy klistronie refleksowym), lub być wprowadzane z zewnątrz (np. w zwykłym klistronie lub lampie o fali bieżącej).

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.

Reakcja chemiczna – każdy proces, w wyniku którego pierwotna substancja zwana substratem przemienia się w inną substancję zwaną produktem. Aby cząsteczka substratu zamieniła się w cząsteczkę produktu konieczne jest rozerwanie przynajmniej jednego z obecnych w niej wiązań chemicznych pomiędzy atomami, bądź też utworzenie się przynajmniej jednego nowego wiązania. Reakcje chemiczne przebiegają z reguły z wydzieleniem lub pochłonięciem energii cieplnej, promienistej (alfa lub beta) lub elektrycznej.
William Thomson, 1. Baron Kelvin (ur. 26 czerwca 1824 w Belfaście, zm. 17 grudnia 1907 w Largs w Szkocji) – brytyjski fizyk pochodzenia irlandzkiego, matematyk, oraz przyrodnik. Sformułował drugą zasadę termodynamiki, badał elektryczność i magnetyzm.

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

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)