mikrofale są rodzajem promieniowania elektromagnetycznego, podobnie jak fale radiowe, promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Mikrofale mają szereg zastosowań, w tym łączność, radar i, być może najbardziej znany przez większość ludzi, gotowanie.
promieniowanie elektromagnetyczne jest transmitowane w falach lub cząstkach o różnych długościach fal i częstotliwościach. Ten szeroki zakres długości fal jest znany jako widmo elektromagnetyczne EM widmo)., Widmo jest ogólnie podzielone na siedem regionów w kolejności malejącej długości fali i rosnącej energii i częstotliwości. Wspólne oznaczenia to fale radiowe, mikrofale, Podczerwień( IR), światło widzialne, ultrafiolet (UV), promienie rentgenowskie i gamma. Mikrofale mieszczą się w zakresie widma EM pomiędzy światłem radiowym a podczerwonym.
mikrofale mają częstotliwości od około 1 miliarda cykli na sekundę, lub 1 gigaherca (GHz), do około 300 gigaherców i długości fal od około 30 centymetrów (12 cali) do 1 milimetra (0,04 cala), zgodnie z Encyclopedia Britannica. Region ten jest dalej podzielony na szereg pasm, o oznaczeniach takich jak L, S, C, X i K, zgodnie z książką Ginger Butcher ” Tour of the Electromagnetic Spectrum.,”
Komunikacja& radar
mikrofale są używane głównie do systemów łączności punkt-punkt do przekazywania wszystkich rodzajów informacji, w tym głosu, danych i wideo w formatach analogowych i cyfrowych, zgodnie z Federal Communications Commission (FCC). Są one również wykorzystywane do kontroli nadzoru i akwizycji danych (SCADA) dla zdalnych maszyn, przełączników, zaworów i sygnałów.
kolejnym ważnym zastosowaniem mikrofal jest radar. Słowo „radar” było pierwotnie akronimem dla radiowej detekcji i zasięgu., Przed II wojną światową brytyjscy inżynierowie radiowi odkryli, że fale radiowe o krótkiej długości fali mogą być odbijane od odległych obiektów, takich jak statki i samoloty, a powracający sygnał może być wykrywany za pomocą bardzo czułych anten kierunkowych, dzięki czemu można określić obecność i położenie tych obiektów. Użycie terminu „radar” stało się tak powszechne, że obecnie jest to słowo samo w sobie i może odnosić się do systemów wykorzystujących mikrofale lub fale radiowe.
mało znanym faktem historycznym jest to, że wczesna instalacja radarowa została zbudowana na szczycie Kahuku Point na północnym krańcu Oahu., Według strony internetowej stanu Hawaje, stacja wykryła pierwszą falę japońskich samolotów w drodze do ataku na Pearl Harbor, gdy samoloty były 132 Mil (212 kilometrów). Ponieważ jednak system działał zaledwie dwa tygodnie, uznano go za zawodny, a ostrzeżenie zostało zignorowane. W trakcie wojny radar został ulepszony i udoskonalony, a od tego czasu stał się istotnym elementem obrony narodowej i cywilnej kontroli ruchu lotniczego.
Radar znalazł wiele innych zastosowań, z których niektóre wykorzystują efekt Dopplera., Przykładem efektu Dopplera może być zbliżająca się karetka pogotowia: gdy zbliża się, dźwięk syreny wydaje się wzrastać, dopóki nie zawodzi. Następnie, w miarę cofania się w oddali, syrena wydaje się obniżać w skoku.
Robert Mayanovic, profesor fizyki na Missouri State University, powiedział, że radar dopplerowski, który często wykorzystuje mikrofale, jest używany do kontroli ruchu lotniczego i egzekwowania ograniczeń prędkości pojazdów., Gdy obiekt zbliża się do anteny, powracające mikrofale są skompresowane, a tym samym mają krótszą długość fali i wyższą częstotliwość. Odwrotnie, fale powrotne od oddalających się obiektów są wydłużone i mają dłuższą długość fali i niższą częstotliwość. Mierząc to przesunięcie częstotliwości, można określić prędkość obiektu w kierunku lub z dala od anteny.
powszechne zastosowania tej zasady obejmują proste detektory ruchu, pistolety radarowe do egzekwowania ograniczeń prędkości, wysokościomierze radarowe i radar pogodowy, który może śledzić ruch kropel wody w atmosferze 3D., Aplikacje te nazywane są czujnikami aktywnymi, ponieważ mikrofale są przesyłane, a odbite sygnały są odbierane i analizowane. W czujnikach pasywnych obserwuje się i analizuje naturalne źródła mikrofal. Wiele z tych obserwacji jest prowadzonych przez satelity spoglądające wstecz na ziemię lub w kosmos.
mikrofalowe źródła ciepła
jednym z najczęstszych zastosowań mikrofal jest szybkie podgrzewanie żywności. Kuchenki mikrofalowe są możliwe, ponieważ kuchenki mikrofalowe mogą być używane do przesyłania energii cieplnej. Odkrycie tego zjawiska było czysto przypadkowe., W swojej książce ” wszyscy się śmiali…: From the Light Bulbs to Lasers: the Fascinating Stories Behind the Great Inventions That Have Changed Our Lives” (HarperCollins, 1992), autor Ira Flatow opowiada historię wynalazku kuchenki mikrofalowej: „krótko po II Wojnie Światowej Percy L. Spencer, geniusz elektroniki i bohater wojenny, odwiedził jedno ze swoich laboratoriów w firmie Raytheon. Spencer zatrzymał się przed magnetronem, lampą zasilającą, która napędza radar. Nagle zauważył, że batonik w jego kieszeni zaczął się topić.,”Dalsze śledztwo doprowadziło go do wyprodukowania pierwszej partii popcornu mikrofalowego, a także pierwszego eksplodującego jajka.
pierwsze kuchenki mikrofalowe były dość duże i drogie, ale od tego czasu stały się tak przystępne cenowo, że są powszechne w domach na całym świecie. Mikrofalowe systemy grzewcze są również stosowane w wielu zastosowaniach przemysłowych, w tym w przemyśle spożywczym, chemicznym i materiałowym, zarówno w operacjach wsadowych, jak i ciągłych.,
naturalne źródła mikrofalowe
Radio astronomowie prowadzą obserwacje w obszarze mikrofalowym, ale ze względu na tłumienie przez atmosferę, większość tych badań jest wykonywana przy użyciu balonów lub satelitów na dużych wysokościach., Jednak być może najsłynniejszą obserwację pozaziemskich mikrofal przeprowadziło dwóch naukowców Bell Labs pracujących nad systemem telekomunikacyjnym wykorzystującym dużą naziemną antenę klaksonową.
według NASA Science website, „w 1965 roku Arno Penzias i Robert Wilson, naukowcy z Bell Labs, dokonali niesamowitego odkrycia przez przypadek: wykryli szum tła za pomocą specjalnej anteny o niskim poziomie szumów. Dziwną rzeczą w hałasie było to, że dobiegał on z każdego kierunku i nie wydawał się w ogóle różnić intensywnością., Gdyby ta statyczna wiadomość pochodziła z czegoś na naszej planecie, jak np. transmisja radiowa z pobliskiej wieży kontrolnej lotniska, doszłaby tylko z jednego kierunku, nie wszędzie. Naukowcy z Bell Lab szybko zdali sobie sprawę, że przypadkowo odkryli kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. To promieniowanie, które wypełnia cały wszechświat, jest wskazówką do jego początku, znanego jako Wielki Wybuch.”
Penzias i Wilson otrzymali za swoje odkrycie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1978 roku. Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła zostało odwzorowane z dużą dokładnością przez satelity., Obserwacje te ujawniły drobne wahania temperatury, które ostatecznie przekształciły się w gromady galaktyk, które widzimy dzisiaj.
analiza tego promieniowania tła również dała astronomom wskazówki co do składu wszechświata, a obecnie naukowcy uważają, że około 95 procent kosmosu składa się z materii i energii, których nie można „wyczuć” za pomocą konwencjonalnych instrumentów, co prowadzi do nazw ciemna materia i ciemna energia., Przyszła analiza tego promieniowania tła może rzucić dalsze światło na to, co wydarzyło się krótko po narodzinach wszechświata-a potencjalnie, nawet zanim wszechświat istniał, zgodnie z niektórymi kosmicznymi modelami.