Magnetrón

Magnetrón

Magnetrón, ktorý vyrába mikrovlny, je dôležitou súčasťou mikrovlnnej rúry.

Fyzika

Kľúčové slová

magnetron, elektromagnetické spektrum, mikrovlnná rúra, elektromagnetická indukcia, Lorentzova sila, spektrum, röntgenové žiarenie, gama žiarenie, Röntgenový, ultrafialový, infračervené, vlnová dĺžka svetla, kmitočet, viditeľné svetlo, rádiové vlny, anóda, katóda, elektrický prúd, elektromagnet, elektrina, fyzika, vlna

Súvisiace extra

Scénky

Elektromagnetické vlny

  • Elektromagnetické spektrum
  • Vlnová dĺžka
  • Frekvencia
  • Výstražné svetlo - Určité elektromagnetické vlny sú nebezpečné pre živé organizmy.

Mikrovlny sú také elektromagnetické vlny, ktorých frekvencia dosahuje približne 0,3-300 GHz, v súlade s tým ich vlnová dĺžka sa pohybuje medzi 1 m a 1 mm. Najznámejšie miesta ich výskytu sú: mikrovlnné rúry, radary, mobilné telefóny, wifi, Bluetooth, pozemské televízne vysielanie.

Elektromagnetické vlny sú nepretržite prítomné v našom živote. Informácie z okolitého prostredia získavame okrem zvuku najmä prostredníctvom tohto typu vĺn.
Rôzne elektromagnetické vlny sa líšia iba v prípade vlnovej dĺžky, a preto aj vo frekvencii, ale spôsob ich vzniku a šírenia je v podstate rovnaký. Tieto vlny vznikajú pri náhlej zmene elektrického poľa.
Keď nastane zmena elektrického poľa, generuje sa magnetické pole, potom keď sa zmení magnetické pole, vzniká elektrické pole a tento proces sa opakuje donekonečna. Takto sa šíria elektromagnetické vlny.

Elektromagnetické vlny s rôznou frekvenciou vznikajú v rámci odlišných podmienok a majú odlišný vplyv na svoje okolie, preto ich považujeme za rôzne vlny.

Elektromagnetické spektrum tvoria nasledujúce typy vĺn (zoradené podľa klesajúcej vlnovej dĺžky): rádiové vlny, mikrovlny, infračervené žiarenie, viditeľné svetlo, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie, gama žiarenie.

Tieto kategórie môžeme deliť na ďalšie podskupiny. Napríklad rádiové vlny môžu byť dlhé, stredné, krátke a ultrakrátke; v rámci viditeľného svetla rozlišujeme dobre známe farby: červenú, oranžovú, žltú, zelenú, modrú, fialovú; v prípade ultrafialového žiarenia môžeme hovoriť o UV-A a UV-B žiarení.

Vo všeobecnosti platí, že čím menšia je vlnová dĺžka elektromagnetickej vlny, tým väčšia je jej frekvencia a taktiež jej energia, čiže aj jej deštrukčný účinok.

Mikrovlnná rúra

  • dvierka s ochrannou fóliou - Zabraňujú úniku mikrovĺn z ohrievacieho priestoru.
  • ohrievací priestor
  • skrinka
  • ovládací panel
  • otočný tanier

Mikrovlny sú, podobne ako svetlo, elektromagnetickými vlnami, ale ich vlnová dĺžka je väčšia: pohybuje sa medzi 1 mm a 1 m. V mikrovlnných rúrach sa používajú mikrovlny s vlnovou dĺžkou 12 cm.
Ohrievanie v mikrovlnnej rúre je založené na tej vlastnosti vodných molekúl, že na vodíkovej strane majú sčasti kladný náboj, zatiaľ čo na kyslíkovej strane majú sčasti záporný náboj (polárna molekula). Takéto molekuly sa snažia nastaviť podľa smeru elektrického poľa, a preto ich periodická zmena elektromagnetického poľa mikrovlny rozvibruje. Počas vibrácie sa zväčší kinetická energia molekúl, čo spôsobí zvýšenie teploty materiálu s obsahom vody, ktorý bol umiestnený do mikrovlnnej rúry.

Magnetrón generuje pomocou elektrickej energie mikrovlny, ktoré do ohrievacieho priestoru odvádza vlnovod. Tam ich potom rozptýlia lopatky ventilátora. Vlny sa odrazia od stien ohrievacieho priestoru, vniknú do jedla a zohrejú ho.

Na dvierkach mikrovlnnej rúry je umiestnená dierkovaná ochranná vrstva, ktorá zabraňuje úniku mikrovĺn z ohrievacieho priestoru. Bez tejto ochrannej vrstvy v blízkosti mikrovlnnej rúry by sa zohriali aj naše tkanivá a mohlo by nám to spôsobiť popáleniny.

Konštrukcia mikrovlnnej rúry

  • magnetrón - Generuje mikrovlny, pričom využíva elektrickú energiu.
  • transformátor - Mení sieťové napätie na hodnotu, ktorá je vhodná pre magnetrón.

Konštrukcia magnetrónu

  • Kryt
  • Magnet
  • Mriežka chladiča
  • Prípojka

V mikrovlnných zdrojoch s vyšším výkonom, ako je napríklad mikrovlnná rúra alebo radar, zdrojom žiarenia je zvyčajne magnetrón.
Magnetrón je špeciálna elektrónka, v ktorej elektróny veľkou rýchlosťou prúdia od záporne nabitej katódy ku kladne nabitej anóde. Avšak v porovnaní s bežnou elektrónkou ich dráha je v magnetróne zložitejšia a vďaka svojmu kľukatému pohybu vyžarujú mikrovlnné elektromagnetické žiarenie.

Katóda a anóda

  • Katóda - Zo žeravej katódy vystupujú elektróny.
  • Anóda - Okolitá kladne nabitá anóda priťahuje elektróny.
  • Elektrónová dráha - Bez magnetického poľa by sa elektróny pohybovali od katódy ku anóde po priamočiarej dráhe.

V strede magnetrónu je žeravá katóda, z ktorej vystupujú kvôli žiare elektróny a smerujú ku kladne nabitej, kruhovej anóde. Nakoľko v hornej a dolnej časti magnetrónu sa nachádzajú silné magnety, dráha elektrónov kvôli magnetickej Lorentzovej sile nie je priama, ale zakrivená. Kým dorazia k anóde, stáčajú sa smerom ku katóde. V prípade magnetrónov používaných v praxi dráhu elektrónov ovplyvňujú aj dutiny, ktoré sa nachádzajú na vnútornej stene anódy. Tieto dutiny slúžia ako oscilačné obvody, ktoré nútia elektróny oscilovať pri určitej frekvencii.
Na týchto zložitých dráhach sa nachádzajú miesta, kde dochádza k akumulácii elektrónov a vytvárajú sa tam lúčové štruktúry, ktoré rotujú v určitom tempe. Toto rotujúce elektrické pole vytvára mikrovlny.

Magnetická Lorentzova sila

  • Magnetické indukčné čiary
  • Magnet
  • Elektrónová dráha - Bez dutín, ale za prítomnosti magnetov dráha elektrónu bude špirálovitá.

Veľkosť Lorentzovej sily môžeme vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
F = q * B * v * sinα, kde q je náboj častice, B je veľkosť magnetickej indukcie, v je rýchlosť častice, α (alfa) je uhol medzi vektormi v a B.
Keď v a B sú rovnobežné, nedochádza k pôsobeniu žiadnej sily; keď v a B sú kolmé, pôsobenie sily je maximálne.

Úloha dutín - rezonančný obvod

  • Dutina - Dutiny v magnetróne sa správajú ako rezonančné obvody.
  • Elektrické pole - V dutinách sa periodicky mení.
  • Priečka - Jeho tvar a rozmer ovplyvňuje frekvenciu mikrovĺn.
  • Anténa - Cez ňu opúšťajú mikrovlny magnetrón.
  • Rezonančný obvod - Periodicky mení elektromagnetické pole pri určitej frekvencii.

Dutiny v anóde slúžia ako rezonančné obvody. Rezonančný obvod je taký elektrický obvod, v ktorom náboje prúdia sem a tam pri určitej frekvencii. Môžeme to prirovnať k hojdačke, lebo ak ju postrčíme, pohybuje sa sem a tam pri určitej frekvencii, a to bez akéhokoľvek ďalšie zásahu zvonku.

Rezonančný obvod sa skladá z jedného kondenzátora a jednej cievky, ale v prípade magnetrónu kondenzátorom je otvor dutiny a cievku nahrádza materiál samotnej dutiny, v ktorom môže prúdiť elektrický prúd.

Kmitavý prúd vzniká vtedy, keď kvôli nejakému vonkajšiemu vplyvu po stene prstencovej dutiny začnú dookola prúdiť náboje a elektrický prúd generuje magnetické pole. Náboje sa akumulujú pri otvore dutiny, čo spôsobí slabnutie prúdu, a preto slabne aj magnetické pole. Kvôli zmene magnetického poľa však nastane samoindukcia a takto vzniknuté elektrické pole ešte chvíľu ďalej posúva elektróny v rovnakom smere, čiže pri otvore dutiny sa zhromaždí ešte viac nábojov.
Keď by sa tento proces mal úplne zastaviť, naakumulované náboje začnú prúdiť späť k opačným nábojom, čiže vznikne prúd s opačným smerom a celý proces sa začne odznova.
Prúd sa bude teda periodicky meniť pri určitej frekvencii, kým sa zo systému neminie energia. Veľkosť frekvencie určujú geometrické vlastnosti dutiny. Ich pozmenením magnetróny možno naladiť na potrebnú frekvenciu. Chvenie, ktoré vzniká v dutinách, pôsobí na elektróny prúdiace okolo katódy, prúdenie preto nie je rovnomerné, ale pulzujúce, a tak vznikajú mikrovlny.

Súvisiace extra

Ako funguje mikrovlnná rúra?

Pomocou animácie spoznáme konštrukciu a fungovanie mikrovlnnej rúry.

Kondenzátor

Kondenzátor elektrickú energiu uskladňuje v podobe elektrického náboja.

Typy vĺn

Vlny zohrávajú veľmi dôležitú úlohu v mnohých oblastiach nášho života.

Elektrické motory

Elektrické motory sú prítomné v mnohých oblastiach nášho každodenného života. Spoznajme ich jednotlivé typy!

Elektrický zvonček

Mechanický zvonček funguje pomocou elektromagnetu.

Generátor a elektromotor

Kým generátor premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu, elektromotor premieňa elektrickú energiu na mechanickú energiu.

Transformátor

Transformátor je zariadenie na premenu napätia elektrického prúdu.

Laboratórium Nikolu Teslu (Shoreham, USA)

Tento inžinier a vynálezca, ktorý sa venoval predovšetkým elektrotechnike, bol bezpochyby najgeniálnejšou postavou druhej priemyselnej revolúcie.

Radar (Zoltán Bay)

V roku 1946 maďarský vedec zachytil pomocou tohto zariadenia radarové ozveny z Mesiaca.

Added to your cart.