Le microonde sono un tipo di radiazione elettromagnetica, così come le onde radio, le radiazioni ultraviolette, i raggi X e i raggi gamma. Le microonde hanno una vasta gamma di applicazioni, tra cui le comunicazioni, il radar e, forse meglio conosciuto dalla maggior parte delle persone, la cucina.
La radiazione elettromagnetica viene trasmessa in onde o particelle a diverse lunghezze d’onda e frequenze. Questa vasta gamma di lunghezze d’onda è nota come spettro elettromagnetico EM spectrum)., Lo spettro è generalmente diviso in sette regioni in ordine di lunghezza d’onda decrescente e aumentando l’energia e la frequenza. Le denominazioni comuni sono onde radio, microonde, infrarossi (IR), luce visibile, ultravioletti (UV), raggi X e raggi gamma. Le microonde rientrano nell’intervallo dello spettro EM tra la radio e la luce infrarossa.
forni a Microonde hanno frequenze che vanno da circa 1 miliardo di cicli al secondo, o 1 gigahertz (GHz), fino a circa 300 gigahertz e lunghezze d’onda di circa 30 centimetri (12 pollici) di 1 mm (0.04 pollici), secondo l’Enciclopedia Britannica. Questa regione è ulteriormente divisa in un numero di bande, con designazioni come L, S, C, X e K, secondo il libro di Ginger Butcher “Tour of the Electromagnetic Spectrum.,”
Comunicazioni & radar
Le microonde sono utilizzate principalmente per sistemi di comunicazione punto-punto per trasmettere tutti i tipi di informazioni, inclusi voce, dati e video in entrambi i formati analogici e digitali, secondo la Federal Communications Commission (FCC). Sono anche utilizzati per il controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA) per macchine remote, interruttori, valvole e segnali.
Un’altra importante applicazione delle microonde è il radar. La parola “radar” era originariamente un acronimo per Radio Detection And Ranging., Prima della seconda guerra mondiale, gli ingegneri radiofonici britannici scoprirono che le onde radio a breve lunghezza d’onda potevano essere rimbalzate su oggetti distanti come navi e aerei, e il segnale di ritorno poteva essere rilevato con antenne direzionali altamente sensibili in modo da determinare la presenza e le posizioni di quegli oggetti. L’uso del termine “radar” è diventato così comune che ora è una parola in sé e per sé, e può riferirsi a sistemi che utilizzano microonde o onde radio.
Un fatto storico poco noto è che una prima installazione radar è stata costruita in cima a Kahuku Point sulla punta più settentrionale di Oahu., Secondo il sito web dello stato delle Hawaii, la stazione ha effettivamente rilevato la prima ondata di aerei giapponesi in viaggio per attaccare Pearl Harbor quando gli aerei erano a 132 miglia (212 chilometri). Tuttavia, poiché il sistema era stato in funzione solo per due settimane, è stato considerato inaffidabile e l’avviso è stato ignorato. Nel corso della guerra, il radar è stato migliorato e perfezionato, e da allora è diventato un elemento essenziale della difesa nazionale e del controllo del traffico aereo civile.
Radar ha trovato molti altri usi, alcuni dei quali sfruttano l’effetto Doppler., Un esempio dell’effetto Doppler può essere dimostrato da un’ambulanza che si avvicina: mentre si avvicina, il suono della sirena sembra salire di tono, fino a quando non piange. Poi, mentre si allontana in lontananza, la sirena sembra abbassarsi di tono.
Robert Mayanovic, professore di fisica alla Missouri State University, ha affermato che il radar Doppler, che spesso impiega microonde, viene utilizzato per il controllo del traffico aereo e l’applicazione del limite di velocità veicolare., Quando un oggetto si avvicina all’antenna, le microonde di ritorno sono compresse e quindi hanno una lunghezza d’onda più corta e una frequenza più alta. Viceversa, le onde di ritorno dagli oggetti che si allontanano sono allungate e hanno una lunghezza d’onda più lunga e una frequenza più bassa. Misurando questo spostamento di frequenza, è possibile determinare la velocità di un oggetto verso o lontano dall’antenna.
Le applicazioni comuni di questo principio includono semplici rilevatori di movimento, pistole radar per l’applicazione dei limiti di velocità, altimetri radar e radar meteorologici in grado di monitorare il movimento 3D delle gocce d’acqua nell’atmosfera., Queste applicazioni sono chiamate rilevamento attivo, perché le microonde vengono trasmesse e i segnali riflessi vengono ricevuti e analizzati. Nel rilevamento passivo, le fonti naturali di microonde vengono osservate e analizzate. Molte di queste osservazioni sono condotte da satelliti che guardano la Terra o nello spazio.
Fonti di calore a microonde
Uno degli usi più comuni delle microonde è quello di riscaldare rapidamente il cibo. I forni a microonde sono possibili perché le microonde possono essere utilizzate per trasmettere energia termica. La scoperta di questo fenomeno è stata puramente casuale., Nel suo libro, ” Tutti ridevano…: Dalle lampadine ai laser: le affascinanti storie dietro le grandi invenzioni che hanno cambiato le nostre vite” (HarperCollins, 1992), l’autore Ira Flatow racconta la storia dell’invenzione del forno a microonde: “Poco dopo la seconda guerra mondiale, Percy L. Spencer, genio dell’elettronica ed eroe di guerra, stava visitando uno dei suoi laboratori presso la Raytheon Company. Spencer si fermò davanti a un magnetron,il tubo di alimentazione che aziona un radar. Improvvisamente si accorse che una barretta di cioccolato in tasca aveva cominciato a sciogliersi.,”Ulteriori indagini lo hanno portato a fare il primo lotto di popcorn a microonde così come il primo uovo che esplode.
I primi forni a microonde erano piuttosto grandi e costosi, ma da allora sono diventati così convenienti che sono comuni nelle case di tutto il mondo. I sistemi di riscaldamento a microonde sono utilizzati anche in una serie di applicazioni industriali, tra cui la lavorazione di alimenti, prodotti chimici e materiali sia in batch che in operazioni continue.,
Fonti di microonde naturali
I radioastronomi conducono osservazioni nella regione delle microonde, ma a causa dell’attenuazione dell’atmosfera, la maggior parte di questi studi viene eseguita utilizzando palloni o satelliti ad alta quota., Tuttavia, forse la più famosa osservazione delle microonde extraterrestri è stata condotta da due scienziati di Bell Labs che lavoravano su un sistema di telecomunicazioni utilizzando una grande antenna a tromba a terra.
Secondo il sito web della NASA Science, “Nel 1965, usando microonde lunghe a banda L, Arno Penzias e Robert Wilson, scienziati dei Bell Labs, fecero un’incredibile scoperta per caso: rilevarono il rumore di fondo usando una speciale antenna a basso rumore. La cosa strana del rumore era che proveniva da ogni direzione e non sembrava variare di intensità molto., Se questa statica provenisse da qualcosa sul nostro pianeta, come le trasmissioni radio da una vicina torre di controllo dell’aeroporto, verrebbe solo da una direzione, non ovunque. Gli scienziati del Bell Lab si resero presto conto di aver scoperto la radiazione cosmica di fondo a microonde. Questa radiazione, che riempie l’intero universo, è un indizio del suo inizio, noto come Big Bang.”
Penzias e Wilson hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica nel 1978 per la loro scoperta. La radiazione cosmica di fondo a microonde è stata mappata con grande precisione dai satelliti., Queste osservazioni hanno rivelato le minuscole variazioni di temperatura che alla fine si sono evolute negli ammassi galattici che vediamo oggi.
L’analisi di questa radiazione di fondo ha anche dato agli astronomi indizi sulla composizione dell’universo, e gli scienziati ora pensano che circa il 95% del cosmo sia costituito da materia ed energia che non possono essere “percepite” con strumenti convenzionali, portando ai nomi materia oscura ed energia oscura., L’analisi futura di questa radiazione di fondo potrebbe gettare ulteriore luce su ciò che è accaduto poco dopo la nascita dell’universo — e, potenzialmente, anche prima che questo universo esistesse, secondo alcuni modelli cosmici.
Segnalazione aggiuntiva di Charles Q. Choi, contributore di Live Science.