mikrobølger er en type elektromagnetisk stråling, ligesom radiobølger, ultraviolet stråling, røntgenstråler og gammastråler. Mikrobølger har en række applikationer, herunder kommunikation, radar og, måske bedst kendt af de fleste mennesker, madlavning.
elektromagnetisk stråling overføres i bølger eller partikler ved forskellige bølgelængder og frekvenser. Denne brede vifte af bølgelængder er kendt som det elektromagnetiske spektrum EM spektrum)., Spektret er generelt opdelt i syv regioner efter faldende bølgelængde og stigende energi og frekvens. De fælles betegnelser er radiobølger, mikrobølger, infrarød (IR), synligt lys, ultraviolet (UV), røntgenstråler og gammastråler. Mikrobølger falder inden for EM-spektrets rækkevidde mellem radio og infrarødt lys.
Mikrobølger har frekvenser lige fra omkring 1 millioner cyklusser per sekund, eller 1 gigahertz (GHz), op til omkring 300 gigahertz og bølgelængder på omkring 30 cm (12 tommer) til 1 mm (0.04 inches), ifølge Encyclopedia Britannica. Denne region er yderligere opdelt i et antal bånd med betegnelser som L, S, C,. og K, ifølge Ginger Butcher ‘ s bog “Tour of the Electromagnetic Spectrum.,”
kommunikation & radar
mikrobølger bruges mest til punkt-til-punkt-kommunikationssystemer til at formidle alle typer information, herunder tale, data og video i både analoge og digitale formater, ifølge Federal Communications Commission (FCC). De bruges også til overvågningskontrol og dataindsamling (SCADA) til fjernmaskiner, afbrydere, ventiler og signaler.
en anden vigtig anvendelse af mikrobølger er radar. Ordet “radar” var oprindeligt et akronym for Radio detektion og spænder., Før Anden Verdenskrig fandt Britiske radioingeniører, at radiobølger med kort bølgelængde kunne prydes af fjerne objekter som skibe og fly, og det tilbagevendende signal kunne detekteres med meget følsomme retningsantenner, så tilstedeværelsen og placeringen af disse objekter kunne bestemmes. Brug af udtrykket “radar” er blevet så almindeligt, at det nu er et ord i sig selv og kan henvise til systemer, der bruger mikrobølger eller radiobølger.
et lidt kendt historisk faktum er, at en tidlig radarinstallation blev bygget oven på Kahuku-punktet på Oahus nordligste spids., Ifølge staten Ha .aii ‘ s hjemmeside opdagede stationen faktisk den første bølge af japanske fly på vej til at angribe Pearl Harbor, da flyene var 132 miles (212 kilometer) ude. Men fordi systemet kun havde været i drift i to uger, blev det betragtet som upålideligt, og advarslen blev ignoreret. I løbet af krigen, radar blev forbedret og raffineret, og det er siden blevet et væsentligt element i det nationale forsvar og civil flyvekontrol.
Radar har fundet mange andre anvendelser, hvoraf nogle udnytter Doppler-effekten., Et eksempel på Doppler-effekten kan demonstreres ved en nærliggende ambulance: når den nærmer sig, ser lyden af sirenen ud til at stige i tonehøjde, indtil den græder forbi. Derefter, når den trækker sig tilbage i afstanden, ser sirenen ud til at sænke i tonehøjde.
Robert Mayanovic, en professor i fysik ved Missouri State University, sagde, at Doppler-radar, som ofte beskæftiger mikrobølgeovn, bruges til kontrol af lufttrafik og kørende speed-limit håndhævelse., Når et objekt nærmer sig antennen, komprimeres de tilbagevendende mikrobølger og har således en kortere bølgelængde og højere frekvens. Omvendt er returbølger fra objekter, der bevæger sig væk, aflange og har en længere bølgelængde og lavere frekvens. Ved at måle dette frekvensskift kan hastigheden af et objekt mod eller væk fra antennen bestemmes.
almindelige anvendelser af dette princip omfatter enkle bevægelsesdetektorer, radarpistoler til hastighedsbegrænsning, radarhøjdemålere og vejrradar, der kan spore 3D-bevægelsen af vanddråber i atmosfæren., Disse applikationer kaldes aktiv sensing, fordi mikrobølger transmitteres, og de reflekterede signaler modtages og analyseres. Ved passiv sensing observeres og analyseres naturlige kilder til mikrobølger. Mange af disse observationer udføres af satellitter, der ser enten tilbage på jorden eller ud i rummet.
mikrobølgevarme kilder
en af de mest almindelige anvendelser af mikrobølger er at opvarme mad hurtigt. Mikrobølgeovne er mulige, fordi mikrobølger kan bruges til at overføre termisk energi. Opdagelsen af dette fænomen var rent tilfældigt., I sin bog, ” Lo de alle…: Fra Pærer til Lasere: De Fascinerende Historier Bag de Store Opfindelser, Der Har Ændret Vores Liv” (HarperCollins, 1992), forfatter Ira Flatow fortæller historien om opfindelsen af mikrobølgeovnen: “Kort tid efter anden Verdenskrig, Percy L. Spencer, en elektronik geni og krigshelt, blev touring en af hans laboratorier ved Raytheon Company. Spencer stoppede foran en magnetron, kraftrøret, der driver et radarsæt. Pludselig bemærkede han, at en candy bar i lommen var begyndt at smelte.,”Yderligere undersøgelse førte ham til at lave den første batch af mikrobølge popcorn såvel som det første eksploderende æg. de første Mikrobølgeovne var ret store og dyre, men de er siden blevet så overkommelige, at de er almindelige i hjem over hele verden. Mikrobølgeovn varmesystemer anvendes også i en række industrielle applikationer, herunder fødevarer, kemiske og materialer forarbejdning i både batch og kontinuerlig drift.,
naturlige mikrobølgekilder
Radioastronomer udfører observationer i mikrobølgeområdet, men på grund af dæmpning af atmosfæren udføres de fleste af disse undersøgelser ved hjælp af balloner eller satellitter i høj højde., Men den mest berømte observation af udenjordiske mikrobølger blev måske udført af to Bell Labs-forskere, der arbejdede på et telekommunikationssystem ved hjælp af en stor jordbaseret hornantenne.
ifølge NASA Science-websiteebstedet gjorde “i 1965 ved hjælp af lange l-bånds mikrobølger, Arno Pen .ias og Robert .ilson, forskere ved Bell Labs, en utrolig opdagelse ganske ved et uheld: de opdagede baggrundsstøj ved hjælp af en speciel antenne med lav støj. Det mærkelige ved støjen var, at det kom fra alle retninger og ikke syntes at variere i intensitet meget overhovedet., Hvis denne statiske var fra noget på vores planet, såsom radiotransmissioner fra et nærliggende lufthavnskontroltårn, ville det kun komme fra en retning, ikke overalt. Bell Lab-forskerne indså snart, at de serendipitously havde opdaget den kosmiske mikrobølge baggrundsstråling. Denne stråling, som fylder hele universet, er et fingerpeg om dens begyndelse, kendt som Big Bang.”
Pen .ias og Penilson blev tildelt 1978 Nobelprisen i fysik for deres opdagelse. Den kosmiske mikrobølge baggrundsstråling er siden blevet kortlagt med stor nøjagtighed af satellitter., Disse observationer har afsløret de små temperaturvariationer, der til sidst udviklede sig til de galaktiske klynger, vi ser i dag.
Analyse af denne baggrundsstråling har også givet astronomerne spor af, at sammensætningen af universet, og nu forskere mener, at omkring 95 procent af universet består af materie og energi, der ikke kan “fornemmede” med konventionelle instrumenter, der fører til de navne, mørkt stof og mørk energi., Fremtidig analyse af denne baggrundsstråling kunne kaste yderligere lys over, hvad der skete kort efter universets fødsel-og muligvis endda før dette univers eksisterede, ifølge nogle kosmiske modeller.
yderligere rapportering af Charles Cho. Choi, Live Science bidragyder.