microgolven zijn een soort elektromagnetische straling, net als radiogolven, ultraviolette straling, röntgenstraling en gammastraling. Microgolven hebben een scala aan toepassingen, waaronder communicatie, radar en, misschien het best bekend bij de meeste mensen, koken.
elektromagnetische straling wordt uitgezonden in golven of deeltjes met verschillende golflengten en frequenties. Deze brede waaier van golflengten staat bekend als het elektromagnetische spectrum EM spectrum)., Het spectrum is over het algemeen verdeeld in zeven regio ‘ s in volgorde van afnemende golflengte en toenemende energie en frequentie. De gemeenschappelijke benamingen zijn radiogolven, microgolven, Infrarood (IR), zichtbaar licht, ultraviolet (UV), X-stralen en gammastralen. Microgolven vallen binnen het bereik van het EM-spectrum tussen radio en infrarood licht.
microgolven hebben frequenties variërend van ongeveer 1 miljard cycli per seconde, of 1 gigahertz (GHz), tot ongeveer 300 gigahertz en golflengten van ongeveer 30 centimeter (12 inches) tot 1 millimeter (0,04 inches), volgens de Encyclopedia Britannica. Deze regio is verder verdeeld in een aantal banden, met benamingen zoals L, S, C, X en K, volgens Ginger Butcher ‘ s boek “Tour of the Electromagnetic Spectrum.,”
communicatie & radar
microgolven worden voornamelijk gebruikt voor point-to-point communicatiesystemen om alle soorten informatie over te brengen, inclusief spraak, data en video in zowel analoge als digitale formaten, volgens de Federal Communications Commission (FCC). Ze worden ook gebruikt voor supervisory control and data acquisition (SCADA) voor remote machines, schakelaars, kleppen en signalen.
een andere belangrijke toepassing van microgolven is radar. Het woord “radar” was oorspronkelijk een acroniem voor RAdio detectie en Ranging., Voor de Tweede Wereldoorlog ontdekten Britse radiotechnici dat radiogolven met een korte golflengte van verre objecten zoals schepen en vliegtuigen konden worden afgeketst, en dat het terugkerend signaal kon worden gedetecteerd met zeer gevoelige richtingantennes, zodat de aanwezigheid en locaties van die objecten konden worden bepaald. Het gebruik van de term “radar” is zo gewoon geworden dat het nu een woord op zichzelf is, en kan verwijzen naar systemen die microgolven of radiogolven gebruiken.
een weinig bekend historisch feit is dat een vroege radarinstallatie werd gebouwd op de top van Kahuku Point op de noordelijkste punt van Oahu., Volgens de website van de staat Hawaï ontdekte het station de eerste golf van Japanse vliegtuigen op weg naar Pearl Harbor toen de vliegtuigen 212 kilometer verwijderd waren. Omdat het systeem echter slechts twee weken in werking was, werd het als onbetrouwbaar beschouwd en werd de waarschuwing genegeerd. In de loop van de oorlog werd de radar verbeterd en verfijnd, en sindsdien is het een essentieel element van de nationale defensie en civiele luchtverkeersleiding geworden.
Radar heeft vele andere toepassingen gevonden, waarvan sommige gebruik maken van het Doppler-effect., Een voorbeeld van het Dopplereffect kan worden aangetoond door een naderende ambulance: als het nadert, lijkt het geluid van de sirene in toonhoogte te stijgen, totdat het voorbij jammert. Dan, als het zich terugtrekt in de verte, de sirene lijkt te zakken in toonhoogte. Robert Mayanovic, hoogleraar natuurkunde aan de Missouri State University, zei dat dopplerradar, die vaak gebruik maakt van microgolven, wordt gebruikt voor luchtverkeerscontrole en handhaving van de maximumsnelheid van voertuigen., Wanneer een object de antenne nadert, worden de terugkomende microgolven gecomprimeerd en hebben zo een kortere golflengte en hogere frequentie. Omgekeerd, zijn de terugkeergolven van weg bewegende voorwerpen langwerpig en hebben een langere golflengte en lagere frequentie. Door deze frequentieverschuiving te meten, kan de snelheid van een object naar of van de antenne worden bepaald.
gemeenschappelijke toepassingen van dit principe zijn onder meer eenvoudige bewegingsdetectoren, radarpistolen voor snelheidscontrole, radarhoogtemeters en weerradar die de 3D-beweging van waterdruppels in de atmosfeer kunnen volgen., Deze toepassingen worden genoemd actief ontdekken, omdat microgolven worden verzonden, en de weerspiegelde signalen worden ontvangen en geanalyseerd. Bij passieve detectie worden natuurlijke bronnen van microgolven waargenomen en geanalyseerd. Veel van deze waarnemingen worden uitgevoerd door satellieten die terugkijken naar de aarde of de ruimte in.
Microgolfwarmtebronnen
een van de meest voorkomende toepassingen van microgolven is het snel verwarmen van voedsel. Magnetrons zijn mogelijk omdat microgolven kunnen worden gebruikt om thermische energie over te brengen. De ontdekking van dit fenomeen was puur toevallig., In zijn boek, ” ze lachten allemaal…: From the gloeilampen to Lasers: The Fascinating Stories Behind the Great Inventions That Have Changed Our Lives” (HarperCollins, 1992), auteur Ira Flatow vertelt het verhaal van de uitvinding van de magnetron: “kort na de Tweede Wereldoorlog, Percy L. Spencer, an electronics genius and war hero, was touring one of his laboratories at the Raytheon Company. Spencer stopte voor een magnetron, de krachtbuis die een radarset aanstuurt. Plotseling merkte hij dat een reep in zijn zak was begonnen te smelten.,”Verder onderzoek leidde hem naar de eerste batch van magnetron popcorn evenals de eerste exploderende ei te maken.
de eerste microgolfovens waren vrij groot en duur, maar sindsdien zijn ze zo betaalbaar geworden dat ze overal ter wereld voorkomen. Microgolfverwarmingssystemen worden ook gebruikt in een aantal industriële toepassingen, waaronder voedsel -, chemische en materiaalverwerking in zowel batch-als continubedrijf.,
natuurlijke microgolfbronnen
Radioastronomen verrichten waarnemingen in het microgolfgebied, maar vanwege de verzwakking door de atmosfeer worden de meeste van deze studies uitgevoerd met behulp van ballonnen of satellieten op grote hoogte., Echter, misschien wel de beroemdste observatie van buitenaardse microgolven werd uitgevoerd door twee Bell Labs wetenschappers die werkten aan een telecommunicatiesysteem met behulp van een grote hoorn antenne op de grond. volgens de WETENSCHAPSWEBSITE van NASA, ” in 1965 deden Arno Penzias en Robert Wilson, wetenschappers van Bell Labs, met behulp van lange, L-band microgolven, een ongelooflijke ontdekking: ze detecteerden achtergrondruis met behulp van een speciale geluidsarme antenne. Het vreemde aan het geluid was dat het uit alle richtingen kwam en niet veel in intensiteit leek te variëren., Als deze ruis afkomstig was van iets op onze planeet, zoals radiotransmissies van een nabijgelegen verkeerstoren, zou het maar uit één richting komen, niet overal. De wetenschappers van het Bell Lab realiseerden zich al snel dat ze serendipitously de kosmische microgolfachtergrondstraling hadden ontdekt. Deze straling, die het hele universum vult, is een aanwijzing voor het begin, bekend als de oerknal.Penzias en Wilson kregen in 1978 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor hun ontdekking. De kosmische achtergrondstraling is sindsdien met grote nauwkeurigheid in kaart gebracht door satellieten., Deze waarnemingen hebben de minieme temperatuurschommelingen onthuld die uiteindelijk evolueerden tot de Galactische clusters die we vandaag zien. analyse van deze achtergrondstraling heeft astronomen ook aanwijzingen gegeven over de samenstelling van het heelal, en wetenschappers denken nu dat 95 procent van de kosmos bestaat uit materie en energie die niet kunnen worden “waargenomen” met conventionele instrumenten, wat leidt tot de namen donkere materie en donkere energie., Toekomstige analyse van deze achtergrondstraling zou verder licht kunnen werpen op wat er gebeurde kort na de geboorte van het universum — en mogelijk zelfs voordat dit universum bestond, volgens sommige kosmische modellen.
aanvullende rapportage door Charles Q. Choi, live Science contributor.