mikrovlny jsou typem elektromagnetického záření, stejně jako rádiové vlny, ultrafialové záření, rentgenové záření a gama záření. Mikrovlny mají celou řadu aplikací, včetně komunikace, radaru a, možná nejlépe známý většina lidí, vaření.
elektromagnetické záření se přenáší ve vlnách nebo částicích na různých vlnových délkách a frekvencích. Tento široký rozsah vlnových délek je známý jako em spektrum elektromagnetického spektra)., Spektrum je obecně rozděleno do sedmi oblastí v pořadí klesající vlnové délky a zvyšující se energie a frekvence. Společné označení jsou rádiové vlny, mikrovlnné trouby, infračervené (IR), viditelné světlo, ultrafialové (UV), rentgenové záření a gama paprsky. Mikrovlny spadají do rozsahu em spektra mezi rádiovým a infračerveným světlem.
mikrovlnné trouby mají frekvence od asi 1 miliardy cyklů za sekundu, nebo 1 gigahertz (GHz) až 300 ghz a vlnové délce asi 30 cm (12 palců) 1 mm (0,04 palců), podle Encyklopedie Britannica. Tato oblast je dále rozdělena do několika pásem, s označeními jako L, S, C, X a K, podle knihy Ginger Butcher „Tour of the Electromagnetic Spectrum.,“
Komunikace & radar
Mikrovlny se používají převážně pro point-to-point komunikační systémy zprostředkovat všechny druhy informací, včetně hlasu, dat a videa v analogových a digitálních formátech, podle Federální Komunikační Komise (FCC). Používají se také pro dohledové řízení a sběr dat (SCADA) pro vzdálené stroje, spínače, ventily a signály.
Další důležitou aplikací mikrovln je radar. Slovo „radar“bylo původně zkratkou pro rádiovou detekci a rozsah., Před druhé Světové Války, Britské rozhlasové inženýři zjistili, že krátké vlnové délky rádiových vln může být odrazil od vzdálených objektů, jako jsou lodě a letadla, a vracející se signál mohl být detekován s vysoce citlivé směrové antény tak přítomnost a umístění těchto objektů by mohla být určena. Použití termínu „radar“ se stalo tak běžným, že je nyní slovo samo o sobě a může odkazovat na systémy, které používají mikrovlnné trouby nebo rádiové vlny.
málo známý historický fakt je, že raná instalace radaru byla postavena na vrcholu Kahuku Point na nejsevernějším cípu Oahu., Podle státu Havaj webové stránky, stanice skutečně zjištěn první vlny Japonských letadel na cestě k útoku na Pearl Harbor, kdy letadla byla 132 km (212 km). Protože však byl systém v provozu pouze dva týdny, byl považován za nespolehlivý a varování bylo ignorováno. V průběhu války byl radar vylepšen a vylepšen a od té doby se stal základním prvkem národní obrany a civilní řízení letového provozu.
Radar našel mnoho dalších použití, z nichž některé využívají Dopplerův efekt., Příklad Dopplerova efektu může být prokázáno tím, že blížící se sanitku: Jak se to blíží, zvuk sirény se zdá stoupat v hřišti, dokud zdi. Pak, jak ustupuje do dálky, zdá se, že siréna klesá v rozteči.
Robert Mayanovic, profesor fyziky na Missouri State University, řekl, že Dopplerův radar, který se často využívá mikrovlny, je používán pro řízení letového provozu a dopravní rychlost-limit výkonu., Když se objekt blíží k anténě, vracející se mikrovlny jsou stlačeny a mají tak kratší vlnovou délku a vyšší frekvenci. Naopak, vratné vlny z předmětů, které se pohybují pryč, jsou protáhlé a mají delší vlnovou délku a nižší frekvenci. Měřením tohoto frekvenčního posunu lze určit rychlost objektu směrem nebo od antény.
běžné aplikace tohoto principu zahrnují jednoduché detektory pohybu, radarové zbraně pro omezení rychlosti, radarové výškoměry a meteorologický radar, které mohou sledovat 3D pohyb kapiček vody v atmosféře., Tyto aplikace se nazývají aktivní snímání, protože mikrovlny jsou přenášeny a odražené signály jsou přijímány a analyzovány. Při pasivním snímání jsou pozorovány a analyzovány přírodní zdroje mikrovln. Mnoho z těchto pozorování jsou prováděny satelity při pohledu buď zpět na zemi, nebo ven do vesmíru.
mikrovlnné zdroje tepla
jedním z nejčastějších použití mikrovln je rychlé zahřívání jídla. Mikrovlnné trouby jsou možné, protože mikrovlny mohou být použity k přenosu tepelné energie. Objev tohoto jevu byl čistě náhodný., Ve své knize, “ smáli se všichni…: Od Žárovky, Lasery: Fascinující Příběhy Za Skvělé Vynálezy, Které Změnily Naše Životy“ (HarperCollins, 1992), autor Ira Flatow vypráví příběh o vynálezu mikrovlnné trouby: „Krátce po druhé Světové Válce Percy L. – Spencer, elektronický génius a válečný hrdina, byl na turné jeden z jeho laboratoře u Firmy Raytheon. Spencer se zastavil před magnetronem, napájecí trubicí, která pohání radarovou sadu. Najednou si všiml, že cukrárna v kapse se začala tát.,“Další vyšetřování ho vedlo k tomu, že vyrobil první dávku mikrovlnného popcornu a také první explodující vejce.
první mikrovlnné trouby byly poměrně velké a drahé, ale od té doby se staly tak cenově dostupnými, že jsou běžné v domácnostech po celém světě. Mikrovlnné topné systémy se také používají v řadě průmyslových aplikací, včetně zpracování potravin, chemikálií a materiálů v dávkovém i nepřetržitém provozu.,
Přírodní mikrovlnná trouba zdrojů
Radio astronomy provádět pozorování v mikrovlnné oblasti, ale vzhledem k útlumu v atmosféře, většina z těchto studií jsou prováděny pomocí výškové balóny nebo satelity., Snad nejslavnější pozorování mimozemských mikrovln však provedli dva vědci Bell Labs pracující na telekomunikačním systému pomocí velké pozemní rohové antény.
podle webu NASA Science “ v roce 1965 vědci z Bell Labs pomocí dlouhých mikrovln L-band Arno Penzias a Robert Wilson učinili neuvěřitelný objev zcela náhodou: detekovali šum pozadí pomocí speciální nízkošumové antény. Zvláštní na hluku bylo, že přicházel ze všech směrů a nezdálo se, že by se intenzita příliš lišila., Pokud tento statický byli z něčeho na naší planetě, jako jsou rádiové přenosy z nedaleké letištní řídící věž, to by mohl přijít jen z jednoho směru, ne všude. Vědci Bell Lab si brzy uvědomili, že serendipitously objevili záření kosmického mikrovlnného pozadí. Toto záření, které vyplňuje celý vesmír, je vodítkem k jeho začátku, známému jako Velký třesk.“
Penzias a Wilson dostali za svůj objev Nobelovu cenu za fyziku z roku 1978. Kosmické mikrovlnné záření pozadí bylo od té doby mapováno s velkou přesností satelity., Tato pozorování odhalila drobné změny teploty, které se nakonec vyvinuly do galaktických klastrů, které dnes vidíme.
Analýza tohoto záření má také vzhledem astronomů stopy, pokud jde o složení vesmíru, a vědci nyní přemýšlet o 95 procent vesmíru tvoří hmota a energie, které nemohou být „vycítil“ s konvenční nástroje, což vede ke jménům temné hmoty a temné energie., Budoucí analýzy tohoto záření by mohlo vrhnout další světlo na to, co se stalo krátce po zrodu vesmíru — a, potenciálně, ještě předtím, než tento vesmír existoval, podle některých kosmické modely.
Další zprávy Charles Q. Choi, Live Science contributor.