Magnetronbuis

Magnetronbuis

De magnetronbuis, het belangrijkste onderdeel van een magnetron (oven), produceert microgolven.

Fysica

Trefwoorden

magnetron, elektromagnetisch spectrum, elektromagnetische inductie, Lorentzkracht, spektrum, röntgenstraling, gammastraling, Röntgenstraal, ultraviolet, infrarood, golflengte, frequentie, zichtbaar licht, Radio golven, anode, kathode, elektrische stroom, electromagneet, elektriciteit, Fysica, golf

Gerelateerde items

Scènes

Elektromagnetische golven

  • Elektromagnetisch spectrum
  • Golflengte
  • Frequentie
  • Waarschuwingslampje - Bepaalde elektromagnetische golven zijn schadelijk voor levende wezens.

Microgolven zijn een type elektromagnetische straling, met een frequentie tussen ongeveer 0,3 GHz en 300 GHz en een overeenkomstige golflengte tussen de 1 meter en 1 millimeter. Ze worden meestal gebruikt in magnetrons, radars, mobiele telefoons, wifi en Bluetooth verbindingen of in televisie uitzendingen die verzonden worden vanaf de aarde.

Er is altijd elektromagnetische straling rondom ons. Naast geluid verkrijgen we de meeste informatie over onze omgeving door dit soort golven. De diverse types elektromagnetische golven verschillen in golflengte en hierdoor in frequentie, maar de manier waarop ze geproduceerd worden en zich voortbewegen is in feite hetzelfde.

Elektromagnetische golven worden geproduceerd door plotselinge veranderingen die plaatsvinden in een elektrisch veld. Wanneer een elektrisch veld verandert, wordt een magnetische veld gegenereerd, en wanneer het magnetische veld verandert, wordt een elektrisch veld geïnduceerd en herhaalt het proces zich. Dit is hoe elektromagnetische golven zich voortplanten.

Elektromagnetische golven van verschillende frequenties ontstaan onder verschillende omstandigheden en hebben verschillende invloed op hun omgeving. Daarom worden er verschillende categorieën golven onderscheiden.

Het elektromagnetische spectrum bevat de volgende soorten golven (gerangschikt in aflopende golflengte): radiogolven, microgolven, infraroodstraling, zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgenstraling en gammastraling.

Deze categorieën kunnen verder onderverdeeld worden. Er zijn bijvoorbeeld: lange, middellange, kort en ultrakorte radiogolven; zichtbaar licht wordt onderverdeeld in de bekende kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw en paars. In het geval van ultraviolette straling, spreken we van uv-A en uv-B straling.

Over het algemeen geldt: hoe korter de golflengte, des te hoger de frequentie en de overeenkomstige energie, wat betekent dat de golf meer schade kan veroorzaken.

Magnetron

  • deur met beschermend gaas - Voorkomt dat straling uit de bereidingsruimte ontsnapt.
  • gaarruimte
  • behuizing
  • bedieningspaneel
  • draaiknop

Microgolven zijn elektromagnetische golven, net zoals licht, maar hun golflengte is langer: deze varieert van 1 mm tot 1 m. De golflengte in een magnetronoven is ongeveer 12 cm.

Het verwarmingseffect van microgolven is gebaseerd op de elektrische dipooleigenschap van watermoleculen: deze zijn gedeeltelijk positief geladen aan de waterstofzijde en gedeeltelijke negatief aan de zuurstofzijde. De watermoleculen proberen in één lijn te komen met het periodiek veranderende elektrische veld van de microgolven. Daardoor gaan ze trillen, wat leidt tot een toename in hun kinetische energie. Als gevolg hiervan stijgt de temperatuur van het waterrijke voedsel in de magnetron.

De magnetron genereert microgolven met behulp van elektrische stroom. Vervolgens worden deze golven door een golfgeleider de bereidingsruimte in gericht. Hier worden ze door de bladen van een ventilator verstrooid. De golven worden weerspiegeld door de metalen binnenwanden van de bereidingsruimte en dringen binnen in het voedsel, dat hierdoor verwarmd wordt.

De deur van de magnetron is uitgerust met een metalen rooster, dat voorkomt dat microgolven uit de bereidingsruimte kunnen ontsnappen. Zonder deze beschermende laag zou ons eigen lichaamsweefsel ook opwarmen als we in de buurt van de magnetron staan, wat tot brandwonden kan leiden.

Opbouw van magnetronoven

  • magnetronbuis - Genereert microgolven met behulp van elektrische stroom.
  • transformator - Zet de spanning van de wisselstroom op het net om in de spanning die nodig is voor de magnetron.

Opbouw van magnetronbuis

  • Behuizing
  • Magneet
  • Koellichaam
  • Stekker

In hoge-energie-microgolfbronnen, zoals een magnetronoven of radar, is een magnetronbuis meestal de bron van de straling. Een magnetronbuis is een speciale elektronenbuis, waarin de elektronen met een hoge snelheid van de negatief geladen kathode naar de positief geladen anode stromen. In een magnetronbuis leggen de elektronen een ingewikkeldere weg af dan in een traditionele elektronenbuis, en door hun zigzagbeweging ontstaan er microgolven.

Kathode en anode

  • Kathode - Laat elektronen vrij in een verhitte toestand.
  • Anode - De positief geladen ringvormige anode trekt elektronen aan.
  • Elektronenbaan - Zonder het magnetische veld zouden elektronen in een rechte lijn bewegen.

In het midden van de magnetronbuis bevindt zich een verwarmde kathode, omgeven door een ringvormige anode. De kathode geeft elektronen af, die naar buiten stromen in de richting van de anode.

Doordat er sterke magneten aan de boven- en onderkant van de magnetronbuis zijn geplaatst, wordt een magnetisch veld geproduceerd waarin een Lorentzkracht ontstaat. Hierdoor worden de elektronen afgebogen. Ze leggen een spiraalvormige weg af, met af en toe een lus, voordat ze de anode bereiken.

In een magnetronoven wordt de weg van de elektronen ook beïnvloed door de holtes in de anode. Deze holtes functioneren als elektronische oscillator, wat wil zeggen dat ze elektronen dwingen om te trillen met een bepaalde frequentie.

Op deze ingewikkelde wegen zijn er bepaalde plekken waar elektronen ophopen. Hierdoor ontstaat een spaakvormige structuur vormt, die in een bepaald ritme ronddraait. Dit draaiende elektrische veld produceert de microgolven.

Magnetische Lorentzkracht

  • Magnetische inductielijnen
  • Magneet
  • Elektronenbaan - Zonder holtes zou de weg van de elektronen spiraalvormig door de magneten.

De grootte van de Lorentzkracht kan berekend worden met de volgende formule:

F = q * B * v * sin α

Hier is q de lading van het deeltje, B de mate van magnetische inductie, v de snelheid van het deeltje en α (alfa) de hoek tussen de snelheid van het deeltje en de magnetische inductielijnen (vectoren v en B). Daarom is er geen kracht wanneer v en B parallel lopen en is de kracht maximaal wanneer v en B loodrecht op elkaar staan.

De rol van de holtes - het resonantiecircuit

  • Holte - Functioneert als een elektronische oscillator.
  • Elektrisch veld - Verandert periodiek in de holtes.
  • Spaak - De vorm en grootte ervan beïnvloeden de frequentie van de microgolven.
  • Antenne - Microgolven ontsnappen hierlangs uit de magnetron.
  • Resonantiecircuit - Verandert het elektrische veld regelmatig, met een bepaalde frequentie.

De holtes in de anode functioneren als elektronisch resonantiecircuit. Een oscillatorcircuit is een elektronisch circuit waarin de lading heen en weer stroomt met een bepaalde frequentie. Het is vergelijkbaar met een schommel: als je daar één keer tegen duwt, gaat hij ook met een bepaalde frequentie heen en weer, zonder verdere invloed van buitenaf.

Een resonantiecircuit bestaat uit een condensator en een spoel. Bij een magnetronbuis fungeert de opening van de holte als condensator en wordt de spoel vervangen door het materiaal van de holte zelf, waar de elektrische stroom doorheen gaat.

Er ontstaat oscillerende stroom wanneer de lading door een externe invloed langs de wand van de cirkelvormige holte een ronde weg aflegt en de elektrische stroom een magnetisch veld genereert. Er hopen zich ladingen op aan de opening van de holte, waardoor het elektrische veld afzwakt. Als gevolg daarvan wordt ook het magnetische veld zwakker. Maar vanwege de verandering van het magnetische veld treedt zelfinductie op, waardoor een elektrisch veld ontstaat dat de elektronen gedurende een korte tijd in dezelfde richting blijft duwen, wat uiteindelijk leidt tot meer ophoping van lading aan de opening van de holte.

Tegen het eind van dit proces stroomt de opgehoopte lading terug naar de tegenovergestelde lading. Dat wil zeggen dat de richting van de stroom zich omdraait en het hele proces opnieuw begint.
Daarom zal de elektrische stroom periodiek veranderen, met een bepaalde frequentie, totdat het systeem zonder energie komt te zitten. De frequentie van de magnetronbuis hangt af van de fysieke afmetingen van de holte, daarom kan de frequentie aangepast worden door de afmetingen van de holtes aan te passen. De oscillerende stroom in de holtes beïnvloedt de beweging van de elektronen rondom de kathode en genereert een pulserende in plaats van een constante stroom. Hierdoor worden microgolven geproduceerd.

Gerelateerde items

Condensator

Condensatoren slaan elektrische energie op in de vorm van elektrische lading.

Golfsoorten

Golven spelen een zeer belangrijke rol op allerlei gebieden van ons leven.

Hoe werkt het? - Magnetron

Deze animatie laat zien hoe magnetrons werken.

Elektromotoren

Elektromotoren worden veel gebruikt in het dagelijks leven. Hier leer je over de verschillende soorten.

Elektrische bel

Een constructie die met behulp van een elektromagneet werkt.

Generator en elektromotor

De generator produceert elektriciteit uit mechanisch werk terwijl de elektromotor mechanisch werk door middel van elektrische stroom genereert.

Transformator

De transformator is een apparaat dat ervoor wordt gebruikt voor het veranderen van elektrische spanning.

Het laboratorium van Nikola Tesla (Shoreham, VS)

Deze natuurkundige/uitvinder was voornamelijk actief op het gebied van de elektrotechniek. Hij was ongetwijfeld één van de meest briljante mensen van de...

Maanradarexperiment (Zoltán Bay, 1946)

De Hongaarse wetenschapper was de eerste persoon die radarecho's vanaf de maan detecteerde, in 1946.

Added to your cart.