Hvad er det første, der kommer til dit sind, når du hører udtrykket “mikrobølgeovn?”Nå, det må være mikrobølgeovnen, som du måske har brugt for nylig til genopvarmning eller madlavning. En mikrobølgeovn er faktisk den mest populære anvendelse af mikrobølgestråling; men hvis du tror, at madlavning er det eneste, mikrobølger er gode til, undervurderer du stort set deres betydning i vores daglige liv. Før vi diskuterer andre anvendelser af mikrobølger, lad os først forstå, hvad mener vi med udtrykket ” mikrobølgeovn?”Det synlige lys, der giver os mulighed for at se de ting, der er til stede omkring os, er en del af det elektromagnetiske spektrum, der indeholder flere andre typer stråling. I det væsentlige er alle EM-strålinger tværgående elektriske og magnetiske bølger, der bevæger sig med lysets hastighed (kun i frit rum) med forskellige frekvenser og bølgelængder. Mikrobølgeovn er en sådan EM-stråling, hvis bølgelængde ligger mellem området {10}^{-3} til {10}^{-1} meter, deraf navnet “mikrobølgeovn.”De tilsvarende frekvenser ligger mellem rækkevidden af {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Det betyder, at mikrobølger er mere energiske, og derfor er disse mere egnede til at transportere signaler med mindre dæmpning til et langt interval. Sådanne dimensioner har gjort mikrobølger anvendelige i flere applikationer over tid. Lad os se på få anvendelser af mikrobølger:

1. Trådløs kommunikation

trådløs kommunikation er en af de mest fremragende vidundere inden for mikrobølgeteknologi. Lad os prøve at forstå, hvordan mikrobølger hjælper med at overføre data over hele kloden. Hver gang du bruger din mobiltelefon (eller andre trådløse enheder såsom bærbare computere, tablets osv.), enten til internettet eller foretager et taleopkald, sender eller modtager Det information i form af usynlige mikrobølgestrålinger. Disse mikrobølger afhentes af celleantennen, transmitteres mod destinationsantennen og derefter endelig til slutbrugeren. Mere end halvdelen af verdens mobile transmission foregår via sikre mikrobølgenetværksforbindelser. Omkostningseffektivitet er en af de mest fremtrædende særegenheder, der gør mikrobølger til en foretrukken mulighed for trådløs kommunikation blandt EM-spektret. Mikrobølger er billigere at generere, langt hurtigere at installere og næsten lige så sikre som kabeloverførslen. På grund af deres lave dæmpning kan mikrobølger rejse effektivt gennem luft, røg, regn eller frost; imidlertid er deres rækkevidde begrænset af jordens krumning, da mikrobølgeovnen er en line-of-sight-teknologi. Dette problem opstår ved at inkorporere optiske fibre i transmissionsprocessen. Optisk fiber hjælper med at overføre dataene til de regioner, hvor mikrobølger er utilstrækkelige på grund af jordens krumning eller de områder, hvor bjergene kan forårsage hindringen. Over korte afstande (et par kilometer) kan mikrobølgeforbindelser give gigabits kapacitet, nok til, at millioner af mennesker kan uploade et Facebook-indlæg på samme tid. Her er listen over Få mikrobølgebaserede kommunikationsteknologier, som du måske støder på i dit daglige liv.

• Bluetooth

• GSM, 2G til 4G.

• trådløse Bredbåndssystemer (trådløst internet)

• trådløse lokalnetværk)

• udendørs transmission Transmission (f. eks nyheder varevogne)

• tilslutning af fjern-og regionale telefoncentraler til hovedudvekslinger uden behov for kobber / optiske fiberlinjer

• Adresserings-og rapporteringssystem for Luftfartøjskommunikation (ACARS)

• satellit-parabol antenne

• rumfartøjer kommunikationssystemer

2. Navigation

i århundreder har menneskeheden udviklet flere metoder til at bringe præcision til deres opfattelse af geologisk position og navigation. Takket være satellitnavigationssystemerne (satnav ‘ er) stoler mennesker ikke længere på stjerner for at lede dem gennem et ikke-velkendt terræn. Mange af os er bekendt med Global Positioning System (GPS), der lokaliserer vores position på jorden. Det er et tredelt system, herunder satellitter, jordstationer og modtagere. GPS bruger mikrobølger, hvor hvert signal har en unik Frekvens, Bølgelængde, amplitude, fase eller en kombination af disse parametre. Mikrobølgesignalerne udsendt af disse satellitter bruges til at beregne, hvor langt de er fra hinanden (mindst tre satellitter), og også fra den enhed, hvis placering de måler. Denne proces er kendt som Trilateration. I dag er der flere regionale satnav-systemer som USAs GPS, Indiens NAVIC, Ruslands GLONASS, Kinas Bieduo-navigationssystem, Den Europæiske Unions Galileo osv.

3. Radar

mikrobølgeteknologi har været en integreret del af flere militære applikationer siden begyndelsen af Anden Verdenskrig. Faktisk betragtes mikrobølgeteknologi bredt som noget, der ændrede løbet af Anden Verdenskrig. især den enhed, der inkorporerede mikrobølgeteknologi, var radaren (Radiodetektion og rækkevidde). Det er en radiolokaliseringsteknik, hvor en radiobølgestråle udsendes og huskes, efter at den springer tilbage fra enhver hindring i stien. Før Anden Verdenskrig blev kortbølgeradiobølger med frekvenser fra 3-30 MHS brugt til påvisning af fly, skibe og andre artilleriskibe. Med fremskridt inden for luftvåbenteknologi var disse frekvenser ikke så effektive til forsvar. Selvom mikrobølger med lang rækkevidde var blevet opdaget længe før Anden Verdenskrig, var de nødvendige værktøjer til deres generation først tilgængelige i 1920, da Albert Hull, en amerikansk fysiker, først opdagede hulrumsmagnetronen. Skroget magnetron blev testet som en forstærker i radiomodtagere og også som en lavfrekvent oscillator. Det viste sig at generere en effekt på 15 kV med en frekvens på 20 kV. Under Anden Verdenskrig, John Randall og Harry Boot byggede den moderne hulrumsmagnetron baseret på Hulls koncept, den første enhed, der kunne producere mikrobølgefrekvenser med høj effekt, hvilket resulterede i centimeter-båndradar. I dag, hans teknologi bruges i flere sektorer i forskellige brancher, herunder flyplacering, søtrafiknavigation, af meteorologer til vejrudsigtsoperationer, og også af retshåndhævende myndigheder for at holde kontrol med hurtige køretøjer ved at måle doppler-effekten.

4. Spektroskopi

spektroskopi er en analytisk teknik, der primært er baseret på interaktion mellem stof og EM-stråling. Det er et af de vigtigste værktøjer til at forstå molekylers struktur og opførsel. Atomer og molekyler ændrer deres tilstand, når de interagerer med EM-stråling. Ændringen kan observeres som emission af fotoner, hvilket forårsager en ændring i nogle af de specifikke egenskaber af atomet eller molekylet under undersøgelse. Brug af mikrobølger til spektroskopi vedrører hovedsageligt overgangen af rotationsenerginiveauer i molekylerne; dog kun molekyler med en permanent dipol, der ændres ved rotation, kan undersøges ved hjælp af mikrobølgespektroskopi. Dette skyldes, at der skal være en ladningsforskel på tværs af molekylet for fotonens oscillerende felt for at give et drejningsmoment på molekylet omkring en akse, der er vinkelret på denne dipol, og som passerer gennem molekylets massecenter. Mikrobølgespektroskopi bruger fotonerne i mikrobølgeområdet til at forårsage overgange mellem molekylernes kvante roterende energiniveauer. En af de mest anvendte spektroskopiteknikker, der inkorporerer mikrobølgefrekvens, er:

ESR eller EPR: Elektronspinresonans, også kendt som Elektronparamagnetisk resonans, er en spektroskopiteknik, der bruges til at studere molekylerne med uparrede elektroner. Når et magnetfelt påføres en sådan elektron, udøver det et drejningsmoment på elektronens dipolmoment (elektronens dipolmoment stammer fra det indre vinkelmoment eller “spin” af elektronen). Dette drejningsmoment forårsager opdeling af de ellers skarpe spektrallinjer, der er forbundet med hovedkvantetallet n, i flere tæt adskilte linjer, der er forbundet med spin-kvantetallet, hvilket specificerer elektronens orientering i rummet. Når mikrobølger påføres et sådant system, absorberes en mikrobølgefoton af elektronen, hvilket forårsager overgangen mellem to spin-kvantetilstande, der opfylder resonansbetingelsen. Det hjælper med at bestemme Landes g-faktor ved at måle feltet og den frekvens, hvormed resonans opstår, hvilket igen giver information om arten af den atomare eller molekylære orbital, der indeholder den uparrede elektron.

5. Radio Astronomy

siden begyndelsen af den menneskelige civilisation blev vores forfædre fascineret af de små mousserende genstande, der findes på nattehimlen, som vi nu klassificerer som himmellegemer (f.eks.). Takket være mikrobølgeteknologi kan vi udvide omfanget af vores forståelse, ikke kun til nutiden, men også til fortiden i vores univers. De fleste af os er bekendt med den statiske eller støj (sorte og hvide billedpunkter danser tilfældigt), som vi ser på en analog tv-skærm, når der ikke er noget specifikt signal, der kommer gennem parabolantennen. På regnskab for alle de interferenser, der kan forekomme i atmosfæren, en betydelig mængde af signalet, for hvilket denne statiske konto er de elektromagnetiske bølger, der falder ind under mikrobølge område af spektret. Hvad er kilden til disse mikrobølger? Nå, det kan overraske dig, men noget af det statiske er et billede af vores nyfødte univers.

den bedste forståelse, vi har om oprindelsen af vores univers, er gennem Big Bang-teorien. Da Big Bang opstod for 13,8 milliarder år siden, opstod hele universet som en klat af en enorm mængde energi. Omkring 400.000 år senere var det en varm og tæt kugle af superladet plasma med flere tusinde grader af temperatur. Ligesom enhver varm ting udsender lys, udsendte dette superhot Ioniske plasma også EM-stråler, og da temperaturen var for høj til, at neutrale atomer kunne dannes, kunne disse EM-stråler ikke rejse meget langt, før de løber ind i en elektron og hopper tilbage. Da denne temperatur blev afkølet under 3000k-mærket, begyndte de neutrale atomer at danne sig, hvilket gjorde det muligt for den tidligere fangede EM-stråling at ekspandere så langt som universet går. Bølgelængden af EM-stråling ændres, når de rejser gennem det ekspanderende univers (kosmologisk rødskift). I betragtning af 13 milliarder års ekspansion er det fangede lys nu til stede overalt i universet som den kosmiske Mikrobølgebaggrundsstråling (det ældste lys i universet). I 2003 kortlagde mikrobølge anisotropi Probe mønsteret af små udsving i kosmisk mikrobølge baggrund (CMB) stråling og producerede det første fin opløsning (0,2 grader) fuld himmel kort over mikrobølgehimlen. Opdagelsen af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, der betragtes som bevis for Big Bang-teorien, blev foretaget gennem radioastronomi. Ud over at modtage naturligt forekommende mikrobølgestråling er radioteleskoper blevet brugt i aktive radareksperimenter til at hoppe mikrobølger fra planeter i solsystemet, for at bestemme afstanden til Månen eller kortlægge den usynlige overflade af Venus gennem Skydække.

6. Mikrobølge Ablation

set fra mikrobølger er ikke-ioniserende i naturen, kan de sikkert anvendes til medicinske anvendelser. De har energi, der er signifikant nok til at trænge ind i vævet uden at skade det. En af de mest fremtrædende anvendelser af mikrobølger inden for medicin er mikrobølgeablation (Ablation er et udtryk, der bruges i medicin til at beskrive fjernelse af væv enten ved kirurgi eller mindre invasive teknikker). Det er en form for interventionel radiografi, der hjælper med behandling af godartede tumorer og kræft. I denne proces bruges mikrobølgeenergi til at skabe lokal dielektrisk opvarmning for at udtørre de uønskede væv. Almindelige medicinske anvendelsesområder inkluderer onkologi, kardiologi, gynækologi, jordstængler, otolaryngologi (ENT), oftalmologi, kosmetiske behandlinger og tandbehandlinger. Kræftpatienter, der er dårlige kirurgiske kandidater, kan også drage fordel af mikrobølgeablation, da det er minimalt invasivt. En anden vigtig faktor er tilgængeligheden af en frekvens, der kan afgøres afhængigt af tumorens størrelse; men mens du bruger mikrobølger til at behandle enhver tilstand, er det vigtigt at tage hensyn til de skiftende dielektriske egenskaber af væv under behandlingen. Enhver upræcision i disse målinger har potentialet til at resultere i enten utilstrækkelig effekt, hvilket resulterer i dårlig behandling eller overdreven effekt, der utilsigtet forårsager alvorlig patientskade.

7. Mikrobølgeovn

mikrobølgeovnen er et velkendt biprodukt af ovennævnte radarteknologi. Magnetronrørene, som oprindeligt blev brugt til udvikling af langtrækkende militærradar, fik deres kommercielle anvendelse efter Anden Verdenskrig. selvom det videnskabelige samfund var bekendt med radiobølgernes opvarmningsegenskaber siden 1920 ‘ erne, var det først i 1945, at Percy Spencer, en selvlært amerikansk ingeniør, ved et uheld opdagede den termiske effekt af en kraftig mikrobølgestråle. Den 8.oktober 1945 patenterede Spencer mikrobølge madlavningsprocessen og en ovn under Raytheon company. For den detaljerede beskrivelse af mikrobølgeovnens arbejde henvises til mikrobølgeovnens arbejdsprincip.