Магнетрон

Магнетрон

Магнетронът е важна съставна част на микровълновите фурни, в него се произвеждат микровълните.

Физика и астрономия

Ключови думи

магнетронно, електромагнитен спектър, микровълнов, електромагнитна индукция, сила на Лоренц, spektrum, Х-лъчение, гама-лъчене, Рентгенов, ултравиолетов, инфрачервен, дължина на вълната, честота, видима светлина, радиовълни, анод, катод, Ампераж, електромагнит, електроенергия, физика, вълна

Свързани ресурси

Сцени

Електромагнитни вълни

  • Електромагнитен спектър
  • Дължина на вълната
  • Честота
  • Сигнална лампа - Някои електромагнитни вълни са опасни за живите организми.

Микровълните са електромагнитни вълни, чиято честота е 0,3–300 GHz, съответно дължината им е между 1 м и 1 мм. Най-често се употребяват в микровълновите фурни, при радарите, мобилните телефони, WiFi, Bluetooth, земно телеразпространение.

Електромагнитните вълни присъстват непрекъснато в ежедневието ни, наред със звука, те са главните носители на информация за околния свят.
Различните елетромагнитни вълни се различават по дължина на вълната, респективно - по честота, образуването и разпространението им е в основата си едно и също. Тези вълни се образуват при внезапна промяна в елетрическото поле.
При промяната се образува магнитно поле, неговата промяна отново създава електрическо поле, този процес се повтаря до безкрайност и електромагнитните вълни се разпространяват.

Електромагнитните вълни с различна честота се образуват при различни условия и имат различно въздействие върху околната среда, затова ги определяме като различни вълни.

Според промяната на дължината на вълната в посока на нейното намаляване различаваме следните електромагнитни вълни: радиовълни, микровълни, инфрачервено лъчене, видима светлина, ултравиолетово лъчене, рентгеново лъчене, гама лъчене.

Тези категории се разделят по-нататък на подгрупи, например при радиовълните говорим за дълги, средни, къси и ултракъси; видимата светлина се дели на добре познатите ни цветове: червен, оранжев, жълт, зелен, син, лилав; при ултравиолетовото лъчене различаваме UV-A и UV-B радиация.

В общи линии е вярно, че колкото е по-малка дължината на електромагнитната вълна, толкова по-голяма е нейната честота, и съответно енергията, т.е. разрушителната й сила.

Микровълнова фурна

  • вратичка - Не позволява микровълните да напуснат фурната.
  • загряваща камера
  • корпус
  • панел за управление
  • въртяща се поставка

Микровълните са електромагнитни вълни, както светлината, но дължината на вълната им е по-голяма: 1мм–1м. Във фурните се използват вълни с дължина 12 см.
Затоплянето в микровълновата вълна фурна се дължи на свойството на водните молекули, при които тази част на молекулата, която се намира над водорода има леко положително, а над кислорода - леко отрицателно зареждане (полярна молекула). Този вид молекули застава по посока на електрическото поле, затова следвайки периодичната промяна на електромагнитното поле на микровълните, те започват да вибрират. При тази вибрация нараства кинетичната енергия на молекулите, което води до увеличаване на температурата на сложената във фурната материя с водно съдържание.

С помощта на електрическата енергия магнетронът образува микровълни, които се извеждат през вълновода до фурната, където се разпръсват с вентилатор. Вълните рефлектират в стените на фурната, влизат в храната и я затоплят.

На вратата на фурната има защитна мрежа. Тя не позволява микровълните за излязат от фурната. При липса на защитен слой тъканите на материята наоколо ще се затоплят, което може да доведе до рани от изгаряне.

Устройство на фурната

  • магнетрон - Създава микровълни с помощта на електрическата енергия.
  • трансформатор - Преобразува напрежението на тока от мрежата в стойности, необходими на матнетрона.

Устройство на магнетрона

  • Покритие
  • Магнит
  • Решетка на радиатора
  • Контакт

При по-големи микровълнови уреди като микровълновите фурни или радара, източникът на лъчене е обикновено магнитрон.
Магнетронът представлява специална електронна тръба, в която електроните се движат с голяма скорост между отрицателно заредения катод и позитивния анод, но по пътя си описват по-сложна траектория, отколкото в една обикновена електронна тръба. Поради зигзагообразното движение те излъчват микровълнови електромагнитни лъчи.

Катод и анод

  • Катод - Нажеженият катод изпуска електрони.
  • Анод - Разположеният в кръг анод е положително зареден, затова привлича електроните.
  • Траектория на електрона - Без магнитно поле електроните щяха да се движат по права линия от катода до анода.

В центъра на магнетрона се намира нажеженият катод, от който се отделят електрони и се насочват към разположения в кръг положителен анод.

Тъй като в горната и долната част на магнетрона са разположени силни магнити, поради силата на Лоренц електроните се движат не по права, а по изкривена траектория. Преди да стигнат до анода, те все завиват към катода. При магнетроните, които се използват в практиката, траекторията се влияе и от кухините, разположени по вътрешната стена, които функционират като резонатори, т.е. карат електроните да извършват трептения с определена честота. Сложната траектория има и места на натрупване с форма на спици, които се въртят в кръг с определен ритъм. Това въртящо се електрическо поле предизвиква микровълните.

Магнитна сила на Лоренц

  • Магнитни индукционни линии
  • Магнит
  • Траектория на електрона - Без кухини, при наличие на магнити, траекторията на електроните би представлявала спираловидна крива.

Размерът на силата на Лоренц се изчислява по следната формула:

F = q * B * v * sin α

където q е зарядът на частицата, B размерът на магнитната индукция, v скоростта на частицата, α (алфа) е ъгълът на пресичане на векторите v и B.
Следователно, когато v и B са успоредни няма взаимодействие, а въздействието на силата е максимално, когато v и B са перпендикулярни.

Роля на кухините – резонатори

  • Кухина - Кухините в магнетрона играят ролята на резонатори.
  • Електрическо поле - Променя се периодично в кухините.
  • Ребра - Формата и размерите им влияят върху честотата на микровълнит
  • Антена - Извежда микровълните, образувани във вътрешността на магнетрона.
  • Резонатор - Периодично, с определена честота, променя електромагнитното поле.

Кухините в анода функционират като резонатори. Резонаторът е електрическа верига, в която зарядите се движат с определена честота. Прилича на люлка, която веднъж залюляна, продължава да се движи с определена честота без външна намеса.

Резонаторът се състои от кондензатор и намотка, като в случая с магнетрона ролята на кондензатор изпълнява процепа на входа на кухината, а намотката се заменя с материала на кухината, в който протича електрически ток.

Резонансът се осъществява по следния начин: когато под външно въздействие през стената на пръстеновидната кухина нахлуе заряд, под въздействието на тока се създава магнитно поле, зарядите се натрупват на процепа, затова токът отслабва, отслабва и магнитното поле, ала поради настъпилата промяназапочва автоиндукция и се образува електрическо поле, което за кратко време продължава да движи електроните в същата посока, така че те се натрупват още повече около процепа.
Когато този процес би следвало да спре, натрупаните заряди се връщат към зарядите с обратен знак, създава се електричество с обратен знак и целият процес започва отначало.
Токът периодично сменя посоката си с определена честота, докато енергията в системата не се изчерпи. Размерът на честотата се определя от геометричните свойства на кухината. С тяхната промяна може да се получи желаната честота при магнетроните. Трептенията в кухините оказват влияние върху електроните, които минават около катода, затова движението им не е праволинейно, а пулсиращо, благодарение на което се получава микровълновото лъчене.

Свързани ресурси

Как работи микровълновата фурна

Анимацията показва устройството и начина на работа на микровълновата фурна.

Видове вълни

Вълните играят важна роля в различни области на нашия живот.

Capacitors

Capacitors store electrical energy in the form of electric charge.

Електрически двигатели

Електрическите двигатели присъстват в различни области на нашето ежедневие. Да се...

Електрически звънец

Механичен звънец, който работи с помощта на електромагнит.

Генератори и електромотори

Генераторите превръщат механичната енергия в електрична, а електромоторите превръщат...

Transformer

A transformer is a device used for converting the voltage of electric current.

Лабораторията на Никола Тесла (Шорхем, САЩ)

Инженер-изобретател предимно в областта на електротехниката, несъмнено една от...

Moon radar experiment (Zoltán Bay, 1946)

In 1946 a Hungarian scientist was the first person to detect radar echoes from the Moon.

Added to your cart.