Зміст:
- Електрони і мікрохвильові печі
- Як використовуються коливання високої частоти в мікрохвильовій печі
- Як реалізуються режими мікрохвильовій печі
Мікросвіт всі багатий таємницями. Ми бадьоро розмірковуємо про електрони, але точно не знаємо, що це таке. Чого вартий хоча б принцип невизначеності Гейзенберга? Вчені, чим далі, тим сильніше — кажучи словами співака — стверджують, що Бог є, і починають дивуватися своїм власним відкриттям. Теорія Ейнштейна начебто частиною неспроможна, а це значить, що і маса не зростає із збільшенням швидкості, і швидкість світла преодолима. Що і було нещодавно доведено експериментально. Як працює мікрохвильова піч, якщо нам нічого не відомо про елементарні частинки крім того, що ведуть вони себе абсолютно непередбачувано? Давайте спробуємо зазирнути в цей світ дивних і незрозумілих явищ.
Принцип дії СВЧ печі
Електрони і мікрохвильові печі
Технічні характеристики мікрохвильових печей досить різні, але в основі лежить одне й те ж явище. І це поглинання енергії електромагнітної хвилі молекулами води. Принцип роботи мікрохвильової печі завжди залишається тим же. Кажуть, що він був відібраний Америкою у розгромленої фашистської Німеччини, але це, як мовиться, вже зовсім інша історія. А тепер пару слів про те, як працює мікрохвильова піч.
Ви знаєте, що у фізиці прийнята так звана подвійна курпускулярно-хвильова теорія, згідно з якою електромагнітна хвиля може вести себе, як частинка? Так, із зниженням частоти спливають ефекти, характерні для морів і річок. Це додавання хвиль не кількісно, а з урахуванням фази, в результаті чого інтерференційна картина може прийняти самий химерний вигляд. А світло поводиться часто подібно часткам. Що таке квант, як не шматочок світла? (Див. також: Мікрохвильова піч маленького розміру)
І ось одного разу в лабораторії вчені вирішили перевірити: так що ж таке кванти? Для цього взяли спеціальну гармату, яка могла б випускати елементарні частинки. Послідовність дослідів була наступною:
Мікрохвилі СВЧ
Вчені висунули такі теорії: частинка проходить одразу через обидві щілини, або через одну з них. В результаті вона як би вдаряється сама про себе і утворює картину інтерференції. Що стосується хвильової теорії, то було щось подібне. Сенс в тому, що стали говорити про те, що частка «знає», що за нею спостерігають. Нам ближче теорія одного з осіб, хто коментував відео на Ютуб, він сказав, що телескоп забирає енергію фотона, ось тому і не можна продемонструвати хвильову картину в цьому випадку. Тобто екран не є аналогічним засобом вимірювання, тому і результат різний.
Так-то, а магнетрон в мікрохвильовій печі працює цілком за рахунок упорядкованого (якщо коректно так говорити) руху електронів. Ми не бачимо ніяких протиріч в досвіді, забавно, що вчені не хочуть бачити подальших аналогій з хвилею. У магнетроні мікрохвильовій печі же процес управляється дещо інакше.
Робота мікрохвильовки
Незалежно від природи частинок було встановлено, що в магнітному полі випущені термокатодом електрони починають рухатися по колу. Щоб створити рівномірний розподіл напруженості, використовується два постійних магніту по обидві сторони шайбообразной робочої камери магнетрона.
Всередині панує вакуум, щоб ніяких перешкод не створювати руху елементарних частинок. В результаті вони б так і кружляли вальсом, але хтось придумав зробити щось на зразок револьверного барабана, де кожна камора з’єднується з центральним каналом вузькою щілиною. Недовго думаючи, вчені розрахували розміри і створили резонатор для магнетрона мікрохвильовій печі. В результаті, гнані електрикою і керовані магнітом, електрони стали породжувати коливання самого різного толку. Але виживала лише частота резонатора магнетрона мікрохвильовій печі, інші швидко затухали.
Подана на катод напруга близько 3 кВ зі схемною землею на аноді магнетрона мікрохвильовій печі викликає обертаються коливання заданої частоти у всіх камерах. Знімання сигналу відбувається через спеціальний штир в одній з них. Додамо до цього, що для полегшення електронам процесу покидання поверхні анода користуються двома прийомами: (Див. також: найменша мікрохвильова піч)
Ось так і працює магнетрон мікрохвильовій печі. Зауважте, хоча про природу електронів нічого точно не відомо, і фізики досі б’ються над вирішенням завдання, практики вже давно користуються результатом.
Вплив хвиль на їжу
Як використовуються коливання високої частоти в мікрохвильовій печі
Коливання залишають магнетрон і тут же потрапляють в хвилевід. Розміри круглого або прямокутного перерізу вибрані так, щоб загасання були найменшими. Хвиля рухаючись під деяким кутом до осі хвилеводу і постійно відбиваючись від верхньої і нижньої стінок, досягає робочого відсіку. Оскільки напруженість поля досить велика, то будь-які сторонні предмети всередині призвели б до виникнення електричних пробоїв у вигляді блискавок. Щоб цього не сталося вихід хвилеводу в робочу камеру прикривається слюдяної тканиною, в побуті, слюдою.
Цей діелектрик прозорий для хвиль, тому вони вільно проходять у відсік. Розмір робочої камери печі зазвичай вибирається, виходячи з частоти магнетрона. Але швидко було помічено, що якщо залишити нерухоме тіло грітися, то температура на різних ділянках варіюється в широких межах. Зрозуміло, що людям не подобається той факт, що один шматок гаряче іншого. А явище пояснюється наявністю стоячих хвиль. У вузлах амплітуда коливання поля дорівнює нулю. Тоді як на горбах максимальна. В результаті і виходить щось на кшталт інтерференційної картини.
Як це відбувається? Енергія передається в основному молекулам води. Це атом кисню, і ближче до одного боці приліпилися дві частинки водню. Виходить щось на зразок голови з двома шишками на боковинах черепа. Загальний електричний негативний момент знаходиться в районі підстави. Коли полем захоплюється ця результуюча, то молекула захоплюється силовими лініями. Оскільки напруженість хвилі, постійно змінюється, вся конструкція починає провертатися, завалюватися вперед. А потім і назад. Виходить щось на зразок неваляшки.
Швидкість коливань дуже висока.
Магнетрон генерує на частоті 2,45 ГГц, а це 2,45 млрд. рухів в секунду. За рахунок цього утворюється надлишкова кінетична енергія, яка швидко передається оточуючим молекул, які не мають до води ніякого відношення. Чому вибрано саме частота 2,45 ГГц? Щоб створювати побільше перешкод стільниковим телефонам і домашньої мережі Wi-fi? Зовсім ні! Просто у кожної системи є власна резонансна частота. Ви в курсі, що проходячи через міст, командир наказує колоні солдат НЕ йти в ногу. Це тому що не одне будова так звалилося, коли частота кроку, посилена повторенням кожної людини, викликала резонанс.
Посилена багаторазово, хвиля приводить в непридатність будівлі.
Точно також відбувається і з молекулою води. Є частоти, які не викликають особливих коливань. Але район зв’язних на 2,4 ГГц відмінно передає енергію пару. Вода в будь-якому стані нагріває ударно. Ось на цьому і заснований принцип дії мікрохвильової печі. Додамо до цього, що ефект стоячої хвилі блокується обертовим столом. Їжа постійно рухається, тому різні її ділянки потрапляють поперемінно то в мінімуми, то максимуми хвилі. Що забезпечує більш менш рівномірний нагрів.
Як реалізуються режими мікрохвильовій печі
Ми поговорили про генерації, розповіли, як енергія веде себе всередині робочої камери, а також розкрили процес передачі тепла їжі. Але читачам, напевно, не дуже ясно, як варіюється інтенсивність нагріву. Насправді все просто, магнетрон не генерує коливання постійно, а збуджується імпульсами високої напруги. В результаті, регулюючи шпаруватість або періодичність можна домогтися прийнятних режимів.
Інверторні мікрохвильові печі йдуть ще далі. Стоїть у робочому відсіку датчик температури повідомляє систему про стан їжі, в результаті частота проходження імпульсів гнучко регулюється, і режим виходить максимально плавним. Принцип дії датчика заснований на прийомі інфрачервоних хвиль: чим вище їх частота, тим тепліше в приміщенні. А якщо говорити більш точно, то приймається лише одна частота, а вимірюється її інтенсивність. З підвищенням температури весь спектр зсувається вгору. Загальна форма є гіркою з однією вершиною. Сам датчик як би січе спектр весь час на одній частоті. Спочатку гора лише трохи наповзає підошвою на цю лінію, але в міру просування вправо все більше і більше покриває це місце. В результаті фіксується зростання інтенсивності. Ну, і холодна їжа в інфрачервоному діапазоні не випромінює взагалі.
Режим інвертора зазвичай можна вимкнути, в результаті правильне використання мікрохвильової печі гарантує позитивний результат, якщо є певний досвід поводження з обладнанням. На цьому нам залишається тільки попрощатися, сподіваємося, що розповідь був цікавим, незважаючи на загальну плутанину у фізиці. Втім, може бути, хто-небудь з наших читачів розгадає загадку спостерігача і викладе відповідь в коментарях?
