Magnetron

Magnetron

En av de viktigaste beståndsdelarna i en mikrovågsugn är magnetronen, den producerar mikrovågorna.

Fysik

Nyckelord

magnetron, electromagnetic spectrum, mikrovåg, elektromagnetisk induktion, Lorentz force, spektrum, röntgenstrålning, gammastrålning, Röntgen, ultraviolett, infraröd, våglängd, frekvens, synligt ljus, radiovågor, anod, katod, elektrisk ström, elektromagnet, el, fysik, våg

Relaterade objekt

Scener

Elektromagnetiska vågor

  • Elektromagnetiskt spektrum
  • Våglängd
  • Frekvens
  • Varningslampa - Vissa elektromagnetiska vågor är farliga för levande varelser.

Mikrovågor är en typ av elektromagnetisk strålning, med frekvenser som varierar mellan ungefär 0,3 och 300 GHz, och motsvarande, med våglängder mellan en meter och en millimeter. De används främst i mikrovågsugnar, radarutrustning, mobiltelefoner, vid wifi och bluetooth uppkopplingar samt vid markbunden TV-sändning.

Elektromagnetisk strålning finns överallt runtomkring oss. Vi samlar in en stor del av informationen om vår omgivning genom ljud och denna typ av vågor. De olika typerna av elektromagnetiska vågor skiljer sig åt endast i våglängd, och därmed i frekvens, de produceras och fortplantas alla på samma sätt.

Elektromagnetiska vågor produceras av plötsliga förändringar i ett elektriskt fält. När ett elektriskt fält ändras genereras ett magnetiskt fält och när det magnetiska fältet ändras induceras ett elektriskt fält, processen pågår konstant. På det här sättet förökas elektromagnetiska vågor.

Elektromagnetiska vågor med olika frekvens formas under olika omständigheter och påverkar omgivningen på olika sätt. Det är orsaken till att de anses vara olika vågor.

Det elektromagnetiska spektrumet inkluderar följande vågtyper (listade från längst till kortast våglängd): radiovågor, mikrovågor, infraröd strålning, synligt ljus, ultraviolett strålning, röntgenstrålar och gammastrålar.

Dessa kategorier kan i sin tur delas in i underkategorier. Det finns tillexempel långa, medellånga, korta och ultrakorta radiovågor. Synligt ljus delas in efter välkända färger: röda, orangea, gula, blåa, gröna och violetta och när det kommer till ultraviolett strålning talar vi om UV-A och UV-B strålning.

Generellt kan man säga att ju kortare våglängd den elektromagnetiska vågen har, desto högre är dess frekvens och därmed också dess energi, det i sin tur betyder att den kan orsaka större skada.

Mikrovågsugn

  • dörr med skyddsnät - Den hindrar strålningen från att tränga ut från mikrons uppvärmningdel.
  • ugnsutrymme
  • hölje
  • kontrollpanel
  • snurrplatta

Mikrovågor är elektromagnetiska vågor precis som ljus, men med större våglängd. Våglängderna varierar mellan 1 mm och 1 m. I mikrovågsugnar är våglängden omkring 12 cm.

Vattenmolekyler är elektriska dipoler. Detta innebär att väteatomerna är delvis positivt laddade, medan syreatomerna är delvis negativt laddade. Vattenmolekylerna försöker justera sig till mikrovågornas periodiskt skiftande elektromagnetiska fält vilket gör att de börjar vibrera och detta leder till att deras rörelseenergi ökar. Som ett resultat ökar också temperaturen på den vattenhaltiga maten i mikrovågsugnen.

Magnetronen genererar, med hjälp av elektrisk ström, mikrovågor som leds in till mikrons uppvärmningsdel av en vågledare. Där sprids vågorna med hjälp av fläkten och reflekteras av metallväggarna in i maten som då värms upp.

Mikrovågsugnens lucka är försedd med en skyddsfilm som hindrar mikrovågorna från att tränga ut ur uppvärmningsdelen. Utan detta skikt skulle våra vävnader också värmas upp om vi stod för nära ugnen. Detta skulle kunna leda till brännskador.

Mikrovågsugnens konstruktion

  • magnetron - Den genererar mikrovågor med hjälp av elektrisk ström.
  • transformator - Den konverterar spänningen i växelströmmen till det värde som är nödvändigt för magnetronen.

Magnetronens konstruktion

  • Hölje
  • Magnet
  • Kylfläns
  • Plugg

I högpresterande mikrovågskällor, såsom mikrovågsugnar och radarutrustning är det oftast en magnetron som är källan till strålningen. En magnetron är ett speciellt elektronrör genom vilket elektronerna strömmar i hög fart från den negativt laddade katoden till den positivt laddade anoden. Till skillnad från i traditionella elektronrör, följer elektronerna en mer komplicerad bana inne i magnetronen, och som ett resultat av dessa kryssande rörelser produceras mikrovågor.

Katod och anod

  • Katod - I upphettat tillstånd släpper den ifrån sig elektroner.
  • Anod - Den positivt laddade ringformade anoden attraherar elektroner.
  • Elektronens bana - Utan det magnetiska fältet skulle elektronerna röra sig i en rät linje.

I mitten av magnetronen sitter en uppvärmd katod, omgiven av en positivt laddad cirkelformad anod. Katoden släpper ifrån sig elektroner som börjar flöda utåt, mot anoden.

Starka magneter är placerade på toppen och botten av magnetronen, och dessa producerar ett magnetfält där en Lorentzkraft uppstår. Elektronernas banor blir krökta och spiralformade med enstaka loopar innan de når anoden.

I praktiska magnetroner påverkas elektronernas bana också av kaviteterna som finns i anoden. Dessa hålrum fungerar som elektroniska oscillatorer, det innebär att de tvingar elektronerna att svänga vid en specifik frekvens.

Dessa komplicerade banor har vissa hotspots, där elektroner ackumuleras och bildar en eker-liknande struktur som roterar i en specifik rytm. Detta roterande elektriska fält producerar mikrovågorna.

Magnetisk Lorentzkraft

  • Magnetiska fältlinjer
  • Magnet
  • Elektronens bana - Utan hålrummen skulle elektronernas bana vara spiralformad, på grund av magneterna.

Lorentzkraftens storlek kan kalkyleras enligt följande formel:

F = q * B * v * sin α

där q är partikelns laddning, B är den magnetiska induktionens magnitud, v är partikelns hastighet och α (alpha) är vinkeln mellan partikelns hastighet och de magnetiska fältlinjerna (vektor v och B).

Det finns därför ingen kraft när v och B är parallella, och den maximala kraften uppstår när vinkeln mellan v och B är vinkelrät.

Kaviteternas roll resonanskretsen

  • Kavitet - Den fungerar som elektronisk oscillator.
  • Elektriskt fält - Det förändras periodiskt i hålrummen.
  • Eker - Dess form och storlek påverkar mikrovågornas frekvens.
  • Antenn - Den används för att extrahera mikrovågsenergi från magnetronen.
  • Resonanskrets - Den förändrar det elektriska fältet periodiskt, med en specifik frekvens.

Kaviteterna inne i anoden fungerar som elektroniska resonanskretsar. En oscillerande krets är en elektronisk krets där laddningen flödar fram och tillbaka med en specifik frekvens. Det påminner om en gunga; om gungan puttas en gång kommer den att svinga fram och tillbaka med en viss frekvens, utan någon mer extern påverkan.

En resonanskrets består av en kondensator och en spole. I en magnetron däremot, är det hålrummets öppning som har rollen som kondensator, och spolen är ersatt av själva kavitetens material, vari den elektriska strömmen flödar.

Oscillerande ström genereras när laddningen, på grund av en extern påverkan, börjar flöda längs med väggen i den runda kaviteten. Den flödar i en cirkulär bana och den elektriska strömmen genererar ett magnetfält. Laddningar ackumuleras i hålrummets öppning, vilket försvagar den elektriska strömmen och som ett resultat minskar också styrkan i magnetfältet. Men på grund av förändringen av magnetfältet sker en självinduktion, vilket alstrar ett elektriskt fält. Detta fält kan fortsätta pressa elektronerna i samma riktning en kort stund, vilket så småningom gör att ännu fler laddningar samlas vid hålrummets öppning.

När processen håller på att upphöra helt börjar de ackumulerade laddningarna flöda tillbaka mot de motsatta laddningarna, det vill säga att strömmen börjar flöda i motsatt riktning och hela processen börjar om på nytt. Den elektriska strömmen kommer därför att ändras periodiskt, med en specifik frekvens, tills systemet får slut på energi. Magnetronens frekvens beror på hålrummets fysiska dimensioner, därmed kan den också förändras genom att kavitetens dimensioner ändras. Den oscillerande strömmen i hålrummen påverkar elektronflödet runt katoden, och genererar därmed en pulserande ström istället för ett stadigt strömflöde. På det här sättet produceras mikrovågor.

Relaterade objekt

Hur fungerar en mikrovågsugn?

Denna animation visar hur en mikrovågsugn fungerar.

Kondensator

Kondensatorer lagrar elektrisk energi i form av elektrisk laddning.

Typer av vågor

Vågor spelar en viktig roll i våra liv.

Elektriska motorer

Elmotorer finns överallt i samhället, låt oss lära oss om de olika typerna.

Elektrisk ringklocka

Mekanisk ringklocka som fungerar med hjälp av en elektromagnet.

Generatorer och elmotorer

Medan en generator omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi, omvandlar en elmotor elektrisk energi till mekanisk energi.

Transformator

En transformator är en anordning som används för att omvandla spänningen i elektrisk ström.

Nikola Teslas laboratorium (Shoreham, USA)

Denna ingenjör och uppfinnare, som huvudsakligen sysslade med elektroteknik, var utan tvekan en av de starkast lysande stjärnorna under den andra...

Radarexperiment (Zoltán Bay, 1946)

En ungersk vetenskapsman var först med att upptäcka radarekon från månen år 1946.

Added to your cart.