Magnetron

Magnetron

Una dintre cele mai importante componente ale cuptorului cu microunde este magnetronul, care produce microundele.

Fizică

Cuvinte cheie

magnetron, spectru electromagnetic, microunde, inductie electromagnetica, Forța Lorentz, spektrum, radiație de raze X, radiații gamma, radiografie, ultraviolete, infraroșu, lungime de undă, frecvență, lumina vizibilă, unde radio, anod, catod, curent electric, electromagnet, electricitate, fizică, val

Suplimente asociate

Animații

Unde electromagnetice

  • Spectru electromagnetic
  • Lungime de undă
  • Frecvență
  • Lumină de avertizare - Anumite unde electromagnetice sunt periculoase pentru organismele vii.

Microundele sunt un tip de radiație electromagnetică cu o frecvență care variază de la 0,3 GHz la 300 GHz și corespund unei lungimi de undă între 1 m și 1 mm. Cel mai adesea sunt folosite în cuptoarele cu microunde, radare, telefoane mobile, Wi-Fi sau în difuzarea televiziunii terestre.

Radiația electromagnetică este prezentă permanent în jurul nostru. Pe lângă sunete, primim cea mai mare parte a informațiilor despre mediul înconjurător cu ajutorul acestor tipuri de unde. Variatele tipuri de unde electromagnetice diferă între ele doar prin lungimea de undă și prin urmare și în ceea ce privește frecvența. Modul în care se formează și propagă este în esență același.

Undele electromagnetice sunt produse de schimbările bruște din câmpul magnetic.

Când un câmp electric se schimbă, este generat un câmp magnetic; când un câmp magnetic se schimbă, este indus un câmp electric și acest proces se repetă la nesfârșit. Astfel se propagă undele electromagnetice.

Undele electromagnetice ale diferitelor frecvențe se formează în diverse circumstanțe și au efecte diferite asupra mediului. Din acest motiv sunt considerate a fi de mai multe feluri.

Spectrul electromagnetic include următoarele tipuri de unde (în ordinea descrescătoare a lungimii de undă): unde radio, microunde, unde infraroșii, lumina vizibilă, radiația ultravioletă, radiația X și radiația Gamma.
Aceste categorii pot fi împărțite în subcategorii. De exemplu există unde radio lungi, medii, scurte și ultrascurte; lumina vizibilă este categorisită în binecunoscutele culori: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, violet iar în cadrul radiației ultraviolete putem vorbi de UV-A și UV-B.

În general, cu cât este mai scurtă lungimea de undă electromagnetică, cu atât este mai înaltă frecvența respectiv energia, ceea ce înseamnă că poate cauza mai multe daune.

Cuptor cu microunde

  • ușă cu material protector - Previne ieşirea microundelor din incinta cuptorului.
  • incinta cuptorului
  • carcasă
  • panou de comandă
  • platou de sticlă rotativ

Microundele sunt unde electromagnetice la fel ca și lumina dar cu lungimea de undă mai mare, cuprinsă între 1 mm și 1 m. În cuptoarele cu microunde lungimea de undă este de aproximativ 12 cm.

Efectul de încălzire al microundelor se bazează pe proprietatea de dipol electric a moleculei de apă, ceea ce înseamnă că aceasta este parțial încărcată pozitiv datorită hidrogenului și parțial negativ datorită oxigenului. Moleculele de apă încearcă să se alinieze la direcția câmpului electric astfel că, din cauza modificării periodice a câmpului electromagnetic pe care o urmează, încep să vibreze, ajungând la o creștere a energiei cinetice. Ca rezultat, temperatura alimentelor care conțin apă începe să crească.

Magnetronul folosește curentul electric pentru a genera microunde care sunt direcționate în incinta cuptorului de către ghidul de unde, unde sunt dispersate de lopețile ventilatorului. Undele sunt reflectate de pereții de metal ai cuptorului, pătrund în alimente și le încălzesc.

Ușa cuptorului cu microunde este prevăzută cu o plasă protectoare care împiedică ieșirea microundelor din incinta cuptorului. Fără acest strat protector, țesuturile corpului nostru ar fi de asemenea încălzite în timp ce ne aflăm în apropierea cuptorului când acesta funcționează, ceea ce ne-ar putea provoca arsuri.

Alcătuirea cuptorului cu microunde

  • magnetron - Generează microunde folosind curent electric.
  • transformator - Convertește tensiunea curentului alternativ în valoarea necesară magnetronului.

Alcătuirea magnetronului

  • Carcasă
  • Magnet
  • Grilaj de radiator
  • Ștecăr

În surse de microunde de mare putere, cum ar fi un cuptor cu microunde sau un radar , sursa de radiație este cel mai adesea un magnetron.
Magnetronul este un tub electronic special în care electronii se deplasează cu mare viteză de la catodul încărcat negativ la anodul pozitiv descriind o traiectorie mai complexă decât într-un tub de electroni obișnuit și emițând microunde datorită mișcării lor în zig-zag.

Catodul și anodul

  • Catod - Atunci când este încălzit, emite electroni.
  • Anod - Anodul care îl înconjoară este încărcat pozitiv prin urmare, atrage electroni.
  • Traiectoria electronului - Fără câmp magnetic, electronii s-ar deplasa pe o cale liniară de la catod la anod.

În centrul magnetronului se află un catod încălzit înconjurat de un anod în formă de inel, încărcat pozitiv. Catodul generează electroni care se deplasează către anod.

Deoarece în partea de sus și de jos a magnetronului sunt plasați magneți puternici, se produce un câmp magnetic în care din cauza forței Lorentz, electronii mu se deplasează liniar ci se deplasează pe o traiectorie curbată, în formă de spirală, efectuând multe bucle înainte de a ajunge la anod.

În magnetroanele folosite în practică, traiectoria electronilor este influențată și de cavitățile din interiorul anodului. Aceste cavități funcționează ca oscilatori electronici ceea ce înseamnă că forțează electroniioscileze la o anumită frecvență.

Această traiectorie complicată are și noduri unde electronii sunt mai denși formând o structură asemănătoare spițelor care se rotesc într-un anumit ritm. Acest câmp electric rotativ produce microundele.

Forța Lorentz

  • Linii de inducție magnetică
  • Magnet
  • Traiectoria electronului - Fără cavități, dar în prezența magneților, traiectoria electronilor va fi o spirală.

Mărimea forței Lorentz poate fi calculată folosind formula:

F = q * B * v * sin α

în care q este sarcina particulei, B este mărimea inducției magnetice, v este viteza particulei și α (alpha) este unghiul dintre vectorul v și B.

Deci dacă v și B sunt paraleli, atunci forța nu se exercită; forța este maximă atunci când v și B sunt perpendiculari.

Rolul cavităților - circuitul rezonant

  • Cavitate - Cavitățile din interiorul magnetronului se comportă ca un circuit rezonant.
  • Câmp electric - Se modifică periodic în cavități.
  • Spiță - Forma și dimensiunea acestuia afectează frecvența microundelor.
  • Antenă - Transmite microundele care se formează în magnetron.
  • Circuit rezonant - Modifică periodic câmpul electromagnetic cu o anumită frecvență.

Cavitățile din interiorul anodului funcționează ca un circuit electronic rezonant. Un circuit oscilant este un circuit electronic în care sarcinile se deplasează înainte și înapoi cu o anumită frecvență. Se aseamănă cu un leagăn care după ce a fost împins, se leagănă cu o anumită frecvență fără a o influență externă.

Un circuit rezonant constă dintr-un condensator și o bobină; în cazul magnetronului condensatorul este chiar deschizătura cavității iar bobina este chiar materialul din care este făcută cavitatea și prin care trece curentul electric.

Rezonanța apare atunci când sub acțiunea unui factor extern, sarcinile încep să se deplaseze de-a lungul peretelui cavității în formă de inel pe o traiectorie circulară și curentul electric generează un câmp magnetic. Între timp sarcinile se acumulează la deschizătura cavității cauzând slăbirea curentului electric și implicit a câmpului magnetic. Din cauza modificării din cadrul câmpului magnetic se produce o autoinducție generând un câmp electric, care, pentru un scurt moment, împinge mai departe electronii în aceeași direcție producând astfel o acumulare mai mare de sarcini la deschiderea cavității.

Când întregul proces este pe cale de a se opri, sarcinile acumulate încep să se deplaseze înapoi către sarcinile opuse, deci ia naștere un curent de sens opus și procesul reîncepe.

Prin urmare curentul se va schimba periodic cu o anumită frecvență, până când sistemul rămâne fără energie. Frecvența magnetronului depinde de dimensiunile fizice ale cavităților. Prin modificarea dimensiunilor cavităților magnetroanelor poate fi modificată frecvența. Rezonanța care ia naștere în cavități are efect asupra electronilor care se deplasează în jurul catodului, astfel că fluxul de electroni nu va fi constant ci pulsativ sub acțiunea căruia se formează microundele.

Suplimente asociate

Condensatorul

Condensatorul este un dispozitiv care înmagazinează energie sub forma unui câmp electric.

Cum funcționează cuptorul cu microunde?

Animația prezintă structura și modul de funcționare ale cuptoarelor cu microunde.

Tipuri de unde

Undele joacă un rol extrem de important în multe aspecte ale vieții noastre.

Motoare electrice

Motoarele electrice sunt prezente în multe domenii ale vieții noastre. Să aflăm mai multe despre diferitele tipuri!

Generatoare și motoare electrice

Generatorul transformă lucrul mecanic în energie electrică, iar motorul electric transformă energia electrică în lucru mecanic.

Soneria electrică

Soneria electrică este un dispozitiv mecanic care are la bază un electromagnet.

Transformator

Transformatorul este un dispozitiv care transformă parametrii energiei electrice.

Laboratorul lui Nikola Tesla (Shoreham, SUA)

Inginerul inventator preocupat în primul rând de electrotehnică este fără îndoială una dintre figurile geniale ale celei de-a doua revoluții industriale.

Radarul lunar (Zoltán Bay, 1946)

Cercetătorul maghiar a fost primul om de știință care în 1946 a detectat semnale radar reflectate de pe suprafața Lunii.

Added to your cart.