mikrovågor är en typ av elektromagnetisk strålning, liksom radiovågor, ultraviolett strålning, röntgenstrålar och gammastrålar. Mikrovågor har en rad applikationer, inklusive kommunikation, radar och, kanske mest känd av de flesta, matlagning.
elektromagnetisk strålning överförs i vågor eller partiklar vid olika våglängder och frekvenser. Detta breda spektrum av våglängder är känd som det elektromagnetiska spektrumet EM spektrum)., Spektrumet är i allmänhet uppdelat i sju regioner för att minska våglängden och öka energi och frekvens. De gemensamma beteckningarna är radiovågor, mikrovågor, infraröd (IR), synligt ljus, ultraviolett (UV), röntgenstrålar och gammastrålar. Mikrovågor faller inom intervallet för EM-spektrumet mellan radio och infrarött ljus.
Mikrovågor har frekvenser som sträcker sig från cirka 1 miljard cykler per sekund, eller 1 gigahertz (GHz), upp till ca 300 gigahertz och våglängder på ca 30 cm (12 inches) till 1 mm (0,04 tum), enligt Encyclopedia Britannica. Denna region är vidare uppdelad i ett antal band, med beteckningar som L, S, C, X och K, enligt Ginger Butcher ’ s book ”Tour of the Electromagnetic Spectrum.,”
kommunikation & radar
mikrovågor används främst för punkt-till-punkt kommunikationssystem för att förmedla alla typer av information, inklusive röst, data och video i både analoga och digitala format, enligt Federal Communications Commission (FCC). De används också för övervakningskontroll och datainsamling (SCADA) för fjärrmaskiner, strömbrytare, ventiler och signaler.
en annan viktig tillämpning av mikrovågor är radar. Ordet ”radar” var ursprungligen en förkortning för Radio Detection And Ranging., Före andra världskriget fann brittiska radioingenjörer att radiovågor med kort våglängd kunde studsas av avlägsna föremål som fartyg och flygplan, och den återkommande signalen kunde detekteras med mycket känsliga riktningsantenner så att närvaron och platserna för dessa objekt kunde bestämmas. Användningen av termen ”radar” har blivit så vanligt att det nu är ett ord i sig och kan referera till system som använder mikrovågor eller radiovågor.
ett föga känt historiskt faktum är att en tidig radarinstallation byggdes ovanpå Kahuku-punkten på Oahus nordligaste spets., Enligt delstaten Hawaii hemsida, stationen faktiskt upptäckt den första vågen av japanska flygplan på väg att attackera Pearl Harbor när planen var 132 miles (212 kilometer) ut. Men eftersom systemet hade varit i drift i bara två veckor ansågs det opålitligt och varningen ignorerades. Under krigets gång förbättrades och förfinades radarn, och den har sedan dess blivit en viktig del av det nationella försvaret och den civila flygtrafikkontrollen.
Radar har hittat många andra användningsområden, varav några utnyttjar Doppler-effekten., Ett exempel på Doppler-effekten kan demonstreras av en närmande ambulans: när det närmar sig, verkar ljudet av sirenen stiga i tonhöjd tills det slingrar sig. Sedan, som det recedes i fjärran, verkar Sirenen Sänka i tonhöjd.
Robert Mayanovic, professor i fysik vid Missouri State University, sade att Doppler radar, som ofta använder mikrovågor, används för flygkontroll och fordonstrafik hastighetsbegränsande verkställighet., När ett objekt närmar sig antennen komprimeras de återkommande mikrovågorna och har därmed en kortare våglängd och högre frekvens. Omvänt är returvågor från föremål som rör sig bort långsträckta och har en längre våglängd och lägre frekvens. Genom att mäta detta frekvensskifte kan ett objekts hastighet mot eller bort från antennen bestämmas.
vanliga tillämpningar av denna princip inkluderar enkla rörelsedetektorer, radarpistoler för hastighetsbegränsande verkställighet, radarhöjdmätare och väderradar som kan spåra 3D-rörelsen av vattendroppar i atmosfären., Dessa applikationer kallas aktiv avkänning, eftersom mikrovågor överförs och de reflekterade signalerna tas emot och analyseras. Vid passiv avkänning observeras och analyseras naturliga källor till mikrovågor. Många av dessa observationer utförs av satelliter som tittar antingen tillbaka på jorden eller ut i rymden.
Mikrovågsvärmekällor
en av de vanligaste användningsområdena för mikrovågor är att värma mat snabbt. Mikrovågsugnar är möjliga eftersom mikrovågor kan användas för att överföra värmeenergi. Upptäckten av detta fenomen var rent oavsiktligt., I sin bok ” skrattade de alla…: Från glödlampor till lasrar: de fascinerande berättelser bakom de stora uppfinningar som har förändrat våra liv” (HarperCollins, 1992), författaren IRA Flatow berättar historien om uppfinningen av mikrovågsugnen: ”strax efter andra världskriget, Percy L. Spencer, en Elektronik geni och krigshjälte, turnerade en av hans laboratorier på Raytheon företaget. Spencer stannade framför en magnetron, kraftröret som driver en radaruppsättning. Plötsligt märkte han att en godisbar i fickan hade börjat smälta.,”Ytterligare undersökning ledde honom att göra den första satsen mikrovågspopcorn samt det första exploderande ägget.
de första mikrovågsugnarna var ganska stora och dyra, men de har sedan dess blivit så överkomliga att de är vanliga i hem över hela världen. Mikrovågsuppvärmningssystem används också i ett antal industriella tillämpningar, inklusive livsmedel, kemikalier och materialbearbetning i både satsvis och kontinuerlig drift.,
naturliga mikrovågskällor
Radioastronomer utför observationer i mikrovågsområdet, men på grund av dämpning av atmosfären görs de flesta av dessa studier med hjälp av höghöjda ballonger eller satelliter., Men kanske den mest kända observationen av utomjordiska mikrovågor genomfördes av två Bell Labs forskare som arbetar på ett telekommunikationssystem med en stor markbaserad hornantenn.
enligt NASA Science webbplats, ”1965, med hjälp av långa, l-band mikrovågor, Arno Penzias och Robert Wilson, forskare vid Bell Labs, gjorde en otrolig upptäckt helt av en slump: de upptäckte bakgrundsbrus med hjälp av en speciell lågbrusantenn. Det märkliga med bullret var att det kom från alla håll och verkade inte variera i intensitet mycket alls., Om denna statiska var från något på vår planet, såsom radiosändningar från en närliggande flygplats kontrolltorn, det skulle komma bara från en riktning, inte överallt. Bell Lab forskare insåg snart att de hade serendipitously upptäckte den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Denna strålning, som fyller hela universum, är en ledtråd till början, känd som Big Bang.”
Penzias och Wilson tilldelades 1978 års Nobelpris i fysik för deras upptäckt. Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen har sedan dess kartlagts med stor noggrannhet av satelliter., Dessa observationer har avslöjat de minuttemperaturvariationer som så småningom utvecklades till de galaktiska kluster vi ser idag.
analys av denna bakgrundsstrålning har också gett astronomer ledtrådar om universums sammansättning, och forskare tänker nu på att 95 procent av kosmos består av materia och energi som inte kan ”känna” med konventionella instrument, vilket leder till namnen mörk materia och mörk energi., Framtida analys av denna bakgrundsstrålning kan sprida ytterligare ljus över vad som hände strax efter universums födelse — och eventuellt även innan detta universum existerade, enligt vissa kosmiska modeller.
Ytterligare rapportering av Charles Q. Choi, Live Science bidragsgivare.