Mikrobølger

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Mikrobølger er et almindeligt navn for elektromagnetiske bølger med en frekvens på 1 til 300 GHz, hvilket svarer til en bølgelængde på ca. 30 cm til 1 mm. [1] Andre referencer giver endnu bredere grænser for frekvensområdet, fra 300 MHz til omkring 1 THz, dvs. bølgelængder fra 1 m til 0,3 mm. [2] [3] [4] Mikrobølgernes frekvensområde omfatter således dele af decimeterbølgeområdet samt centimeter- og millimeterbølgeområdet . I den nedre ende, dvs. mod lavere frekvenser, forbinder radiobølgernes rækkevidde og mod toppen det infrarøde område af det optiske spektrum. Da udtrykket blev dannet, var submillimeterbølgerne endnu ikke kendt (eller blev stadig tildelt det infrarøde område); de er derfor ofte ikke inkluderet i udtrykket.

ejendomme

Mikrobølger er elektromagnetiske bølger. Ligesom synligt lys kan de reflekteres og brydes og også forstyrre . De reflekteres af metaller og elektriske ledere og absorberes kun let. Egnede isolatorer (f.eks. Nogle termoplaster, især teflon ), glas, mange keramik og glimmer er imidlertid gennemtrængelige (gennemsigtige) for disse bølger og absorberer dem kun lidt. B. optisk uigennemsigtige plastiklinser til fokusering af mikrobølger kan bruges. Ligesom lys kan koherent stråling også genereres med mikrobølger ved hjælp af stimuleret emission. Sådanne mikrobølge lasere kaldes maser .

Interaktion med stof

På grund af deres bølgelængde er mikrobølger særligt velegnede til spændende dipol- og multipoloscillationer af molekyler. Denne effekt er særlig tydelig ved vibrerende vandmolekyler i en mikrobølgeovn. Opvarmning af vand er ikke baseret på absorption ved en bestemt resonansfrekvens , men vandmolekylerne, som dipoler, tilpasser sig konstant med det elektromagnetiske skiftefelt, idet varme genereres som dielektrisk tab. Frekvensen i mikrobølgeovne er 2,45 GHz. Dette opnår et godt kompromis mellem absorption og indtrængningsdybde i maden, der skal tilberedes. Til sammenligning: den laveste resonansfrekvens for det frie vandmolekyle er 22,23508 GHz.

Den dielektriske tabsfaktor , den specifikke elektriske modstand og magnetiske tab bestemmer den frekvensafhængige absorption af mikrobølger på eller i stoffer og dermed deres opvarmning.

Spredes i atmosfæren

I modsætning til radiobølger reflekteres mikrobølger ikke fra visse lag af jordens atmosfære; derfor spredes de kun i en lige linje i atmosfæren, og dette nær jordoverfladen, typisk med en rækkevidde på ca. 50 km. Mikrobølger absorberes af fugt og ved frekvenser over ca. 100 GHz også af andre gasser i atmosfæren. [5]

Mikrobølgetransport i tekniske systemer

Elektromagnetiske bølger over en frekvens på omkring 1 GHz er stadig vanskeligere at overføre med et koaksialt kabel , da tabene i det dielektriske øges med frekvensen. Transmissionsmåden ændrer sig grundlæggende, hvis den indre omkreds af koaksialafskærmningen er mindre end den bølgelængde, der skal transmitteres, fordi uønskede bølgeleder -tilstande derefter forekommer. Af denne grund styres mikrobølger med en tilstrækkelig kort bølgelængde i bølgeledere , da disse er mindre tabsgivende. Særlige endestykker, såkaldte bølgesumpe, bruges til at lukke bølgeledere af med så lidt refleksion som muligt.

Sundhedsrisici

Mikrobølgestråling får vævet fra levende organismer til at blive opvarmet efter samme princip som når mad opvarmes i en mikrobølgeovn. Stærk mikrobølgestråling forbrænder ikke kun huden, men også det indre væv. Øjnene og testiklerne er særligt følsomme her, da de er mindre i stand til at sprede varme end andre væv på grund af den forholdsvis svage blodgennemstrømning. Linsen i det menneskelige øje er også særlig følsom over for varme. Hvis den udsættes for stærk mikrobølgestråling, er der derfor en risiko for, at linsen bliver grumset ( grå stær ). [6]

Særlige oplysninger om mikrobølgeovnen

Indgangsvinduet til mikrobølger øverst i tilberedningsrummet i en mikrobølgeovn er typisk dannet af et optisk uigennemsigtigt vindue lavet af meget varmebestandig glimmer. Omvendt skal ovndøren være så optisk gennemsigtig som muligt for at give et godt udsyn og alligevel lukke mikrobølgerne tæt. Dette opnås gennem en sortlakeret perforeret plade (indvendig dækket med en varmebestandig plastfilm, der er vanddampsikker) med tilstrækkeligt fine perforeringer med typisk 2 mm gitterdimensioner plus en gennemsigtig plade i en afstand på ca. 2 cm fra uden for. Dørens tæthed i forhold til døråbningen opnås ved hjælp af et fladt mellemrum på mindre end 1 mm bredt og mere end 1 cm dybt. Mikrobølger med en bølgelængde på 12 cm (ved 2,45 GHz) kan ikke trænge ind i disse fine porer eller snævre huller. Magnetronen er forseglet til bølgelederen i metalpladehuset ved hjælp af en flad ring lavet af fin, krympet metaltråd og presning.

Generering og absorption

Mikrobølger med meget høj effekt genereres af time-of- flight- rør, såsom klystroner , vandrende bølgerør eller magnetroner . I tilfælde af lav effekt foretrækkes Gunn -dioder til faste frekvenser og bagudgående bølge -oscillatorer til store frekvensområder.

Mikrobølger absorberes meget godt af ferritter , hvorfor de kan bruges som en bølgesump . Nogle militære fly , skibe eller pansrede landkøretøjer derfor forsynet med en passende belægning ( stealth teknologi ) for at beskytte dem mod at blive opdaget af radar .

Stoffer, der indeholder vand, absorberer mikrobølger meget bedre end tørre stoffer. Dette bruges i mikrobølgeovnen .

Anvendelsesområder

Superledende hulrum til acceleration af elektroner og positroner ; Konstruktionens længde ca. 1 m; Hvert kammer har en resonansfrekvens på 1,3 GHz.

Mikrobølger bruges i radarteknologi , i mikrobølgeovne og i mange tekniske applikationer, såsom plasmasystemer , trådløse kommunikationssystemer ( mobilradio , Bluetooth , satellitudsendelse , WLAN , amatørradio ), sensorsystemer (f.eks. Radar, mikrobølgeresonatormetoden ) eller lyskilder ( svovlkuglelampe ).

Hjertet i accelerationssystemerne for elektroner i partikelacceleratorer er hulrumsresonatorer til mikrobølger. Indenfor accelererer de elektriske felter med stående elektromagnetiske bølger de ladede partikler. I mellemtiden kan elektriske feltstyrker på mere end 40 millioner volt pr. Meter opnås. Længden af ​​en enkelt celle vælges således, at bølgens elektriske felt bare vender om, når en partikel, der flyver næsten med lysets hastighed, kommer ind i den næste celle.

I atomfusionsreaktorer med magnetisk lukkede plasmaer bruges mikrobølger til at levere plasma til energi ved hjælp af cyclotronresonansopvarmning .

Mikrobølgeområdet er opdelt i frekvensbånd, der ofte er forbeholdt specifikke applikationer. Der er flere amatørradiobånd , herunder 23 centimeter båndet mellem 1240 og 1300 MHz, 13 centimeter båndet mellem 2320 og 2450 MHz og 3 centimeter båndet mellem 10 og 10,5 GHz. Frekvenserne for ISM -båndene er godkendt til industrielle, videnskabelige og medicinske formål.

Weblinks

Commons : Mikrobølger - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. ^ Hellmut Fritzsche , Melba Phillips : Elektromagnetisk stråling. I: britannica.com . Hentet 14. oktober 2019 .
  2. ^ Mikrobølgeovn. I: britannica.com. Hentet 14. oktober 2019 .
  3. ScienceDirect -emner: Mikrobølgefrekvens - en oversigt. I: ScienceDirect . Elsevier , adgang til 14. oktober 2019 .
  4. Klassificering af det elektromagnetiske spektrum. Max Planck Institute for Radio Astronomy , åbnet den 14. oktober 2019 .
  5. ^ Anne Marie Helmenstine: Definition af mikrobølgestråling. I: thoughtco.com . 20. april 2019, adgang til 14. oktober 2019 .
  6. ^ Stråling i mikrobølgeovn. I: fda.gov. Food and Drug Administration , adgang til 14. oktober 2019 .