Mikrovågor och deras vanliga användningsområden inom teknik

av Robert Hazen, Ph.D., George Mason University

funktioner av mikrovågsstrålning

mikrovågor inkluderar elektromagnetisk strålning med våglängder från ungefär en tredjedel av en millimeter upp till en tredjedel av en meter, eller ungefär en fot lång. Det intervallet överlappar med de kortaste radiovågorna, och det finns ingen tydlig skillnad mellan radio och mikrovågsugn. Mikrovågsfrekvenser följaktligen, på grund av deras längd, sträcker sig från cirka en miljard till cirka hundra miljarder cykler per sekund.

det är en till hundra gigahertz. En gigahertz är en miljard cykler per sekund. Mikrovågor produceras främst av ett snabbt oscillerande elektriskt fält eller magnetfält, och de hittar ett antal vanliga användningsområden inom teknik.

Detta är ett transkript från videoserien the Joy of Science. Titta på det nu, på Wondrium.

mikrovågor hemma

förmodligen är den vanligaste dagliga appliceringen av mikrovågor i mikrovågsugnar. Mikrovågsugnen bygger på det faktum att vattenmolekylerna som finns i alla olika typer av mat faktiskt absorberar mikrovågor med en viss frekvens, 2, 45 gigahertz.

när en frekvens på 2,45 gigahertz appliceras på en vattenmolekyl börjar den vibrera snabbt och oscillerar vid den frekvensen. Så här är en teknik som används i stor utsträckning idag för uppvärmning av mat, men det används också i många olika tekniker och industrier eftersom andra våglängder i mikrovågor kan användas för att värma upp andra typer av material.

så det används ibland för att värma upp material i syntetiska laboratorier och så vidare. Så mikrovågor hittar utbredd användning för uppvärmningsapplikationer. Effekten av uppvärmning med mikrovågor upptäcktes enligt uppgift av en fysiker som heter Percy Spencer.

hur en mikrovågsugn fungerar

mikrovågsugnen är en vackert utformad och mycket enkel enhet. Den har en mikrovågsgenerator som kallas en magnetron. Och en magnetron är en enhet som helt enkelt är utformad för att oscillera ett magnetfält vid ungefär två och en halv gigahertz. Så, den här enheten, som har en oscillator i en del, producerar sedan mikrovågor, vilka sedan fokuseras och reflekteras genom en ledning.

mikrovågsugnen måste ha två egenskaper. Den första är att mikrovågor måste reflekteras från insidan, för om mikrovågorna häller i lådan sprider de, studsar och absorberas så småningom av maten.

men mikrovågens ytterväggar måste vara ogenomskinliga för mikrovågor så att de inte läcker ut. Den andra huvudenheten i mikrovågsugnen är en magnetron, som bara passar på sidan av den lådan och pumpar mikrovågor i lådan. Så fungerar mikrovågsugnen.

Läs mer om tillstånd och tillstånd.

mikrovågor i kommunikation

en annan viktig tillämpning av mikrovågor är i kommunikation. Mikrovågor kan fokuseras på en smal stråle, som en ficklampa. De är inte lätt spridda med flyg. Mikrovågor används för att göra säker och punkt-till-punkt-kommunikation, så att människor på sidan inte kan hämta den överföringen.

det finns ett behov av att ha en direkt siktlinje med mikrovågskommunikation. Det är därför det finns mikrovågsrelätorn som prickar på landsbygden. Dessa är höga torn med slags udda konformade enheter, och de pekar i en eller annan riktning. De länkar olika mikrovågstorn så det finns ett kommunikationsnätverk av mikrovågsrelästationer.

förresten, de flesta mobiltelefoner på en eller annan punkt, och även satellitkommunikation, använder mikrovågsreläer. Men telefoner kan inte ha en punkt-till-punkt-typ av kommunikation, den måste utstråla signaler i alla riktningar eftersom personen rör sig. Så vem som helst kan lyssna på konversationen, varför mobiltelefonsamtal inte är säkra, även om punkt-till-punkt-mikrovågskommunikationen är.

hur mikrovågor används för att göra en Radar

Radar använder reflektion av mikrovågor från fasta föremål. En radarantenn fungerar ofta som både sändare och mottagare. Mikrovågor skickas ut från den skålen, och sedan reflekteras de tillbaka till skålen. Vägbeskrivning, Avstånd och objektets hastighet kan bestämmas av radaren.

Modern militärradar är fantastisk. Det är så känsligt att det sägs att man kan hämta en husfly på ett avstånd av en mil med modern militärradar. Så det är ett mycket känsligt sätt att ta upp avståndet, riktningen och hastigheten på ett objekt.

Radar kan fastna på ett antal olika sätt. En är att helt enkelt sända en mycket högintensiv mikrovågsstråle, som träskar radardetektorn. En annan är att släppa massor av bitar av glänsande metallmaterial, som fungerar som reflektorer och förvirrar radaren eftersom den tar upp så många olika träffar och ekon.

Läs mer om egenskaper hos material.

Stealth-teknik mot mikrovågor

moderna militärer arbetar idag med stealth-teknik. I början, stealth utrustning hade massor av plana, släta ytor, och de plana ytorna fungerade delvis som reflekterande speglar för mikrovågor. Spegelliknande ytor är ett sätt att uppnå ett snyggt utseende.

den nyare stealth-utrustningen har dock mikrovågsabsorberande material, som är mycket mjukare på ytan. Och så fungerar det på ett något annorlunda sätt. I alla fall kan du föreställa dig att några av dessa stealth fighters ser ut som en husfly på ungefär en mil. De är så stora radarabsorberande material och är nästan osynliga för radar.

Vanliga frågor om mikrovågor