Magnetron

Magnetron

Magnetron, který vyrábí mikrovlny, je důležitou součástí mikrovlnné trouby.

Fyzika

Klíčová slova

magnetron, elektromagnetické spektrum, mikrovlnná trouba, elektromagnetická indukce, Lorentzova síla, spektrum, rentgenové záření, gama záření, Rentgenový, ultrafialový, infračervené, vlnová délka, kmitočet, viditelné světlo, rádiové vlny, anoda, katoda, elektrický proud, elektromagnet, elektřina, fyzika, vlna

Související doplňky

Scénky

Elektromagnetické vlny

  • Elektromagnetické spektrum
  • Vlnová délka
  • Frekvence
  • Výstražné světlo - Určité elektromagnetické vlny jsou nebezpečné pro živé organismy.

Mikrovlny jsou takové elektromagnetické vlny, jejichž frekvence dosahuje přibližně 0,3-300 GHz, v souladu s tím jejich vlnová délka se pohybuje mezi 1 m a 1 mm. Nejznámější místa jejich výskytu jsou: mikrovlnná trouba, radary, mobilní telefony, wifi, Bluetooth, pozemské televizní vysílání.

Elektromagnetické vlny jsou nepřetržitě přítomné v našem životě. Informace z okolního prostředí získáváme kromě zvuku zejména prostřednictvím tohoto typu vln.
Různé elektromagnetické vlny se liší pouze v případě vlnové délky, a proto i ve frekvenci, ale způsob jejich vzniku a šíření je v podstatě stejný. Tyto vlny vznikají při náhlé změně elektrického pole.
Když nastane změna elektrického pole, generuje se magnetické pole, pak když se změní magnetické pole, vzniká elektrické pole a tento proces se opakuje donekonečna. Takto se šíří elektromagnetické vlny.

Elektromagnetické vlny s různou frekvencí vznikají v rámci odlišných podmínek a mají odlišný vliv na své okolí, proto je považujeme za různé vlny.

Elektromagnetické spektrum tvoří následující typy vln (seřazeny podle klesající vlnové délky): rádiové vlny, mikrovlny, infračervené záření, viditelné světlo, ultrafialové záření, rentgenové záření, gama záření.

Tyto kategorie můžeme dělit na další podskupiny. Například rádiové vlny mohou být dlouhé, střední, krátké a ultrakrátké; v rámci viditelného světla rozlišujeme dobře známé barvy: červenou, oranžovou, žlutou, zelenou, modrou, fialovou; v případě ultrafialového záření můžeme hovořit o UV-A a UV-B záření.

Obecně platí, že čím menší je vlnová délka elektromagnetické vlny, tím větší je její frekvence a také její energie, tedyi i její destrukční účinek.

Mikrovlnná trouba

  • dvířka s ochrannou fólií - Zabraňují úniku mikrovln z ohřívacího prostoru.
  • ohřívací prostor
  • skříňka
  • ovládací panel
  • otočný talíř

Mikrovlny jsou, podobně jako světlo, elektromagnetickými vlnami, ale jejich vlnová délka je větší: pohybuje se mezi 1 mm a 1 m. V mikrovlnných troubách se používají mikrovlny s vlnovou délkou 12 cm.
Ohřívání v mikrovlnné troubě je založeno na té vlastnosti vodních molekul, že na vodíkové straně mají zčásti kladný náboj, zatímco na kyslíkové straně mají zčásti záporný náboj (polární molekula). Takové molekuly se snaží nastavit podle směru elektrického pole, a proto je periodická změna elektromagnetického pole mikrovlny rozvibruje. Během vibrace se zvětší kinetická energie molekul, což způsobí zvýšení teploty materiálu s obsahem vody, který byl umístěn do mikrovlnné trouby.

Magnetron generuje pomocí elektrické energie mikrovlny, které do ohřívacího prostoru odvádí vlnovod. Tam je pak rozptýlí lopatky ventilátoru. Vlny se odrazí od stěn ohřívacího prostoru vniknou do jídla a ohřejí ho.

Na dvířkách mikrovlnné trouby je umístěna děrovaná ochranná vrstva, která zabraňuje úniku mikrovln z ohřívacího prostoru. Bez této ochranné vrstvy v blízkosti mikrovlnné trouby by se zahřáli i naše tkáně a mohlo by nám to způsobit popáleniny.

Konstrukce mikrovlnné trouby

  • magnetron - Generuje mikrovlny, přičemž využívá elektrickou energii.
  • transformátor - Mění síťové napětí na hodnotu, která je vhodná pro magnetron.

Konstrukce magnetronu

  • Kryt
  • Magnet
  • Mřížka chladiče
  • Přípojka

V mikrovlnných zdrojích s vyšším výkonem, jako je například mikrovlnná trouba nebo radar, zdrojem záření je obvykle magnetron.
Magnetron je speciální elektronka, ve které elektrony velkou rychlostí proudí od záporně nabité katody ke kladně nabité anodě. Avšak ve srovnání s běžnou elektronkou jejich dráha je v magnetronu složitější a díky svému klikatému pohybu vyzařují mikrovlnné elektromagnetické záření.

Katoda a anoda

  • Katoda - Ze žhavé katody vystupují elektrony.
  • Anoda - Okolní kladně nabitá anoda přitahuje elektrony.
  • Elektronová dráha - Bez magnetického pole by se elektrony pohybovaly od katody ke anodě po přímočaré dráze.

Uprostřed magnetronu je žhavá katoda, z níž vystupují kvůli záři elektrony a směřují ke kladně nabité, kruhové anodě. Jelikož v horní a dolní části magnetronu se nacházejí silné magnety, dráha elektronů kvůli magnetické Lorentzovy síle není přímá, ale zakřivená. Zatímco dorazí k anodě, stáčejí se směrem ke katodě. V případě magnetronů používaných v praxi dráhu elektronů ovlivňují i dutiny, které se nacházejí na vnitřní stěně anody. Tyto dutiny slouží jako rezonanční obvody, které nutí elektrony oscilovat při určité frekvenci.
Na těchto složitých drahách se nacházejí místa, kde dochází k akumulaci elektronů a vytvářejí se tam paprskové struktury, které rotují v určitém tempu. Toto rotující elektrické pole vytváří mikrovlny.

Magnetická Lorentzova síla

  • Magnetické indukční čáry
  • Magnet
  • Elektronová dráha - Bez dutin, ale za přítomnosti magnetů dráha elektronu bude spirálovitá.

Velikost Lorentzovy síly můžeme vypočítat pomocí následujícího vzorce:
F = q * B * v * sinα, kde q je náboj částice, B je velikost magnetické indukce, v je rychlost částice, α (alfa) je úhel mezi vektory v a B.
Když v a B jsou rovnoběžné, nedochází k působení žádné síly; když v a B jsou kolmé, působení síly je maximální.

Role dutin - rezonanční obvod

  • Dutina - Dutiny v magnetronu se chovají jako rezonanční obvody.
  • Elektrické pole - V dutinách se periodicky mění.
  • Příčka - Jeho tvar a rozměr ovlivňuje frekvenci mikrovln.
  • Anténa - Přes ni opouštějí mikrovlny magnetron.
  • Rezonanční obvod - Periodicky mění elektromagnetické pole při určité frekvenci.

Dutiny v anodě slouží jako rezonanční obvody. Rezonanční obvod je takový elektrický obvod, ve kterém náboje proudí sem a tam při určité frekvenci. Můžeme to přirovnat k houpačce, protože pokud ji postrčíme, pohybuje se sem a tam při určité frekvenci, a to bez jakéhokoliv další zásahu zvenčí.

Rezonanční obvod se skládá z jednoho kondenzátoru a jedné cívky, ale v případě magnetronu kondenzátorem je otvor dutiny a cívku nahrazuje materiál samotné dutiny, ve kterém může proudit elektrický proud.

Kmitání vzniká tehdy, když kvůli nějakému vnějšímu vlivu po stěně prstencové dutiny začnou dokola proudit náboje a elektrický proud generuje magnetické pole. Náboje se akumulují u otvoru dutiny, což způsobí slábnutí proudu, a proto slábne i magnetické pole. Kvůli změně magnetického pole však nastane samoindukce a takto vzniklé elektrické pole ještě chvíli dále posouvá elektrony ve stejném směru, tedy u otvoru dutiny se shromáždí ještě více nábojů.
Když by se tento proces měl úplně zastavit, naakumulované náboje začnou proudit zpět k opačným nábojem, tedy vznikne proud s opačným směrem a celý proces začne znovu.
Proud se bude tedy periodicky měnit při určité frekvenci, dokud se ze systému nemine energie. Velikost frekvence určují geometrické vlastnosti dutiny. Jejich pozměněním magnetrony lze naladit na potřebnou frekvenci. Kmitání, které vzniká v dutinách, působí na elektrony proudící kolem katody, proudění proto není rovnoměrné, ale pulsující, a tak vznikají mikrovlny.

Související doplňky

Jak to funguje? - Mikrovlnná trouba

Pomocí animace poznáme strukturu a fungování mikrovlnné trouby.

Kondenzátor

Kondenzátor elektrickou energii uskladňuje v podobě elektrického náboje.

Typy vln

Vlny hrají v mnoha oblastech našeho života nesmírně důležitou roli.

Elektromotory

Elektromotory jsou přítomny v mnoha oblastech našeho každodenního života. Podívejme se na různé typy.

Elektrický zvonek

Mechanický zvonek funguje pomocí elektromagnetu.

Generátor a elektromotor

Zatímco generátor přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii, elektromotor přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii.

Transformátor

Transformátor je zařízení pro přeměnu napětí elektrického proudu.

Laboratoř Nikoly Tesly (Shoreham, USA)

Tento inženýr a vynálezce, který se věnoval především elektrotechnice, byl bezpochyby nejgeniálnější postavou druhé průmyslové revoluce.

Radar (Zoltán Bay)

Maďarský vědec byl prvním člověkem, který odhalil radarové odrazy od Měsíce, v roce 1946.

Added to your cart.