Kuchenka mikrofalowa, jak wiele innych udogodnień cywilizacyjnych, powstała przez przypadek. W latach 30. i wczesnych 40. w Wielkiej Brytanii pracowano intensywnie nad małymi, lecz silnymi źródłami fal radiowych o długościach rzędu centymetrów. Prace te prowadzono nie tylko z czysto naukowej ciekawości – w owych czasach rodziła się koncepcja radaru, czyli urządzenia pozwalającego wykrywać i lokalizować metalowe obiekty z odległości wielu kilometrów. Urządzeniem takim zainteresowane było brytyjskie wojsko, a zwłaszcza lotnictwo.

Pierwsze radary były ogromnymi (kilkadziesiąt metrów) i przez to nieporęcznymi urządzeniami, ponadto nie potrafiły wysyłać dokładnie ukierunkowanych wiązek fal. Rozmiary nie pozwalały zainstalować radaru na pokładach samolotów, co dawałoby ogromną przewagę w starciu z przeciwnikiem.

Jednym z rozwiązań tego problemu był magnetron, wynaleziony przez Sir Johna Randalla i dr. H.A. Boota w 1940 roku. Jest to po prostu bardzo wydajne urządzenie zamieniające prąd elektryczny na fale radiowe o częstotliwości mikrofalowej (rysunek 1). Magnetron to daleki kuzyn lampy elektronowej, znanej m.in. ze starych odbiorników radiowych. Ma katodę, czyli kawałek metalu, do którego przyłożono ujemne napięcie – w wypadku kuchenki mikrofalowej około 3000 V. Katoda jest gorąca od przepuszczanego przez nią prądu. Rozgrzana emituje elektrony, a te – same naładowane ujemnie – uciekają do cylindrycznej anody, czyli metalowego pierścienia z wnękami, do którego przyłożono napięcie dodatnie. Ucieczka odbyłaby się bez kłopotów po linii prostej, gdyby nie silne pole magnetyczne dwóch stałych magnesów, skierowane wzdłuż osi walca. Zakrzywia ono tor elektronów w spiralę, jak na rysunku 2.

W tym momencie przypominamy sobie o wnękach w anodzie. Każda taka wnęka działa jak „pudło rezonansowe” dla fal elektromagnetycznych: wewnątrz niej może wzbudzić się silna fala stojąca o odpowiedniej częstotliwości, tak jak np. w pudle rezonansowym gitary. Oddziaływanie wzbudzonego pola elektromagnetycznego we wnęce, pola magnetycznego magnesów i pola elektrycznego obu elektrod powoduje, że powstaje chmura elektronów w kształcie obracających się szprych koła, a we wnękach powstaje silna fala stojąca (rysunek 3).

W 1946 roku amerykański inżynier Percy Spencer podczas eksperymentów z magnetronem zauważył, że czekoladowy batonik w jego kieszeni roztopił się. Zaintrygowany zaczął eksperymentować z innymi artykułami spożywczymi poddanymi silnemu strumieniowi mikrofal. Zaczął od tego, co miał pod ręką: kukurydzy i jajek. Efekt – ziarna kukurydzy szybko zaczęły „strzelać” jak prażone na rozgrzanej blasze, a jajko drgało i syczało, aż w końcu eksplodowało, rozrzucając gorącą zawartość. Krótko potem do amerykańskiego urzędu patentowego wpłynął wniosek o opatentowanie urządzenia o nazwie ”radarange”, czyli w wolnym tłumaczeniu radarowej kuchenki.

Pierwsze kuchenki mikrofalowe były bardzo duże, a magnetron chłodzony był bardzo głośną i niewygodną instalacją wodną. Używano ich wyłącznie w restauracjach. Miniaturyzacja i upowszechnienie tego urządzenia w domach to już lata 70., a w Polsce jeszcze później.

Dlaczego kuchenka podgrzewa jedzenie? Mikrofale o centymetrowych długościach (około 12 cm, czyli 2450 MHz) są pochłaniane przez cząsteczki polarne, np. wody, natomiast swobodnie przechodzą przez szkło i materiały ceramiczne. To właśnie głównie cząsteczki wody są podgrzewane przez mikrofale, powietrze wewnątrz kuchenki ma praktycznie temperaturę otoczenia.

Kuchenka mikrofalowa zamyka fale elektromagnetyczne w metalowej wnęce (klatce Faradaya). Wnęka ma otwory, przez które widzimy jedzenie, ale jeśli są one znacznie mniejsze od długości fali, to ściany wnęki działają jakby były wykonane z jednolitego przewodnika. Fala stojąca we wnęce ma swoje strzałki i węzły, czyli miejsca, gdzie jest bardzo silna, i miejsca, gdzie jest całkowicie wygaszona. Oznacza to, że grzanie nie jest równomierne. Aby uniknąć sytuacji, w której nasza mrożonka lub pizza w niektórych miejscach jest gorąca, a w innych nadal lodowata, podgrzewane dania umieszczane są na obrotowych podstawkach. Prócz tego często wiązkę mikrofal odbija obracający się metalowy element, który zmienia układ strzałek i węzłów na tyle szybko, że w efekcie całe danie podgrzewane jest jednorodnie.

Opracowanie:

Mikołaj KORZY‹ŃSKI

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Connect with Facebook

Które substancje charakteryzują się zjawiskiem fluorescencji. Do czego jej używad, jak się wytwarza światło UV. więcej
Zasada powstawania hologramów: Rodzaje hologramów, układy zapisujące, interferencja, paralaksa, zapis w prążkach interferencyjnych więcej
Jeśli mówimy o mieszaniu barw, powinniśmy dokonać rozróżnienia na mieszanie addytywne oraz subtraktywne. Nasze pokazy mają pokazać obydwa sposoby mieszania barw. więcej
Zasada działania projektora: Projektory slajdowe, multimedialne. Układ optyczny, lampy, itd. więcej

Zmienny współczynnik załamania

Pokaz prezentujący, jak różne materiały załamują światło oraz fakt, że parametrem odpowiedzialnym jest współczynnik załamania.
Kąt graniczny, całkowite wewnętrzne odbicie. Stanowisko, na którym prezentowane będzie jedno z ważniejszych podstawowych zjawisk optycznych. więcej

3 polaryzatory, badanie naprężeń

Pokaz prezentujący zjawisko wygaszenia fali świetlnej w sytuacji ustawienia dwóch polaryzatorów w kierunkach prostopadłych oraz przepuszczania światła po dodaniu pomiędzy nimi 3. polaryzatora.
Zasada działania wzroku/korekcja: Budowa ludzkiego oka, martwe pola, metody korekcji wzorku, parametry okularów więcej
Jak działa i skąd wzięła się kuchenka mikrofalowa? więcej
Zasada działania światłowodu opiera się na podstawowym prawie optyki- odbiciu światła. więcej
Czym jest Head-Up Display, gdzie stosowany, jak wytwarzany. Przyszłościowe możliwości, planowane zastosowania. więcej
Fala świetlna jako fala EM: Ogólne objaśnienie fali EM, widmo fal EM wraz z zastosowaniami, wyjaśnienie dlaczego światło jest falą EM. więcej