mikä on ensimmäinen asia, joka tulee mieleen, kun kuulet termin ”Mikroaaltouuni?”Sen täytyy olla mikroaaltouuni, jota olet saattanut käyttää äskettäin ruoan lämmittämiseen tai ruoanlaittoon. Mikroaaltouuni On todellakin suosituin sovellus mikroaaltosäteilyn; kuitenkin, Jos luulet, että ruoanlaitto on ainoa asia, mikroaallot ovat hyvä, olet laajasti aliarvioidaan niiden merkitystä jokapäiväisessä elämässä. Ennen kuin keskustelemme mikroaaltojen muista käyttötavoista, ymmärtäkäämme ensin, mitä tarkoitamme termillä ” Mikroaaltouuni?”Näkyvä valo, jonka avulla voimme nähdä ympärillämme olevat asiat, on osa sähkömagneettista spektriä, joka sisältää useita muita säteilytyyppejä. Pohjimmiltaan kaikki EM-säteilyt ovat poikittaisia sähkö-ja magneettiaaltoja, jotka kulkevat valon nopeudella (vain vapaassa tilassa) eri taajuuksilla ja aallonpituuksilla. Mikroaalto on yksi tällainen EM-säteily, jonka aallonpituus on välillä {10}^{-3} – {10}^{-1} metriä, mistä nimi ” mikroaaltouuni.”Vastaavat taajuudet ovat välillä Alue {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, mikä tarkoittaa, että mikroaallot ovat energisempiä, ja siksi nämä soveltuvat paremmin signaalien kuljettamiseen vähemmällä vaimennuksella pitkälle alueelle. Tällaiset ulottuvuudet ovat tehneet mikroaaltoja käytettäviksi useissa sovelluksissa ajan myötä. Katsotaanpa muutamia käyttöjä mikroaaltoja:

1. Langaton viestintä

langaton viestintä on yksi mikroaaltotekniikan merkittävimmistä ihmeistä. Yritetään ymmärtää, miten mikroaallot auttavat lähettämään dataa ympäri maailmaa. Kun käytät matkapuhelinta (tai muita langattomia laitteita, kuten kannettavia tietokoneita, tabletteja jne.), joko Internetiä tai äänipuhelua varten, se lähettää tai vastaanottaa tietoa näkymättömän mikroaaltosäteilyn muodossa. Nämä mikroaallot poimitaan kennoantenni, lähetetään kohti kohdeantenni, ja sitten lopuksi loppukäyttäjälle. Yli puolet maailman mobiililähetyksistä tapahtuu suojattujen mikroaaltoverkkoyhteyksien kautta. Kustannustehokkuus on yksi merkittävimmistä erityispiirteistä, joka tekee mikroaalloista edullisen vaihtoehdon langattomalle viestinnälle EM-taajuuksien joukossa. Mikroaallot ovat halvempia tuottaa, paljon nopeampi asentaa, ja lähes yhtä turvallinen kuin kaapeli siirto. Koska mikroaallot vaimenevat heikosti, ne voivat kulkea tehokkaasti ilman, savun, sateen tai pakkasen läpi; niiden kantamaa rajoittaa kuitenkin maan kaarevuus, sillä mikroaaltouuni on näköyhteysteknologiaa. Tähän ongelmaan törmätään sisällyttämällä valokuituja siirtoprosessiin. Valokuitu auttaa siirtämään tiedot alueille, joilla mikroaallot ovat riittämättömiä maapallon kaarevuuden vuoksi, tai alueille, joilla vuoret voivat aiheuttaa haittaa. Lyhyillä etäisyyksillä (muutama kilometri) mikroaaltolinkit voivat tarjota gigabittiä kapasiteettia, joka riittää miljoonille ihmisille Facebook-postauksen lataamiseen samaan aikaan. Tässä on lista harvoista mikroaaltopohjaisista viestintätekniikoista, joihin saatat törmätä jokapäiväisessä elämässäsi.

• Bluetooth

• GSM, 2G-4G.

• Langattomat Laajakaistajärjestelmät (Wi-Fi)

• langattomat lähiverkot (WLAN)

• Ulkolähetykset (esim. Uutisautot)

• kauko-ja aluepuhelinpörssien yhdistäminen pääpörsseihin ilman kupari – / valokuitujohtoja

• ilma-aluksen Viestintäosoite – ja raportointijärjestelmä (ACARS ))

• satelliittiantenni

• avaruusalusten viestintäjärjestelmät

2. Navigointi

ihmiskunta on vuosisatojen ajan kehittänyt useita menetelmiä, joilla se voi tarkentaa geologisen sijaintinsa ja navigaationsa havaitsemista. Satelliittinavigointijärjestelmien (satnavs) ansiosta ihmiset eivät enää luota tähtiin opastaakseen heitä tuntemattomassa maastossa. Monet meistä tuntevat Global Positioning System (GPS), joka paikantaa sijaintimme maapallolla. Se on kolmiosainen järjestelmä, johon kuuluu satelliitteja, maa-asemia ja vastaanottimia. GPS käyttää mikroaaltoja, joissa jokaisella signaalilla on ainutlaatuinen taajuus, aallonpituus, Amplitudi, vaihe tai jokin näiden parametrien yhdistelmä. Näiden satelliittien lähettämien mikroaaltosignaalien avulla lasketaan, kuinka kaukana ne ovat toisistaan (vähintään kolme satelliittia) ja myös laitteesta, jonka sijaintia ne mittaavat. Tätä prosessia kutsutaan Trilateraatioksi. Nykyään on olemassa useita alueellisia satelliittinavigointijärjestelmiä, kuten USA: n GPS, Intian NAVIC, Venäjän GLONASS, Kiinan BieDuo-Navigointijärjestelmä, Euroopan unionin Galileo jne.

3. Tutka

mikroaaltotekniikka on ollut olennainen osa useita sotilaallisia sovelluksia toisen maailmansodan alusta lähtien. Itse asiassa, mikroaaltouuni tekniikka pidetään yleisesti jotain, joka muutti kulkua toisen maailmansodan. erityisesti laite, joka sisälsi mikroaaltouuni tekniikka oli tutka (Radio Detection ja Ranging). Se on radiopaikannustekniikka, jossa radioaaltosäde lähetetään ja muistellaan sen jälkeen, kun se kimpoaa takaisin mistä tahansa tiellä olevasta esteestä. Ennen toista maailmansotaa lentokoneiden, laivojen ja muiden tykistöalusten havaitsemiseen käytettiin lyhytaaltoradioaaltoja, joiden taajuudet olivat 3-30 MHz. Ilmavoimien tekniikan kehittyessä nämä taajuudet eivät olleet niin tehokkaita puolustukseen. Vaikka pitkän kantaman mikroaaltoja oli löydetty jo kauan ennen toista maailmansotaa, niiden sukupolven edellyttämät työkalut saatiin käyttöön vasta vuonna 1920, jolloin yhdysvaltalainen fyysikko Albert Hull löysi ensimmäisen kerran ontelomagnetronin. Runkomagnetronia testattiin vahvistimena radiovastaanottimissa ja myös matalataajuisena oskillaattorina. Sen havaittiin tuottavan 15 kW: n tehon 20 kHz: n taajuudella. Toisen maailmansodan aikana John Randall ja Harry Boot rakensivat Hullin konseptiin perustuvan nykyaikaisen onkalomagnetronin, joka oli ensimmäinen laite, joka pystyi tuottamaan suuritehoisia mikroaaltotaajuuksia, jolloin tuloksena oli senttikaistatutkat. Nykyään hänen teknologiaansa käytetään useilla eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien lentokoneiden sijainti, meriliikenteen navigointi, meteorologit sääennusteoperaatioihin ja myös lainvalvojat valvomaan ylijääneitä ajoneuvoja mittaamalla doppler-ilmiötä.

4. Spektroskopia

spektroskopia on analyyttinen tekniikka, joka perustuu ensisijaisesti aineen vuorovaikutukseen sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Se on yksi tärkeimmistä työkaluista molekyylien rakenteen ja käyttäytymisen ymmärtämisessä. Atomit ja molekyylit muuttavat tilaansa, kun ne vuorovaikuttavat sähkömagneettisen säteilyn kanssa. Muutos voidaan havaita fotonien emissiona, jolloin jotkin tutkittavan atomin tai molekyylin erityisominaisuudet muuttuvat. Mikroaaltojen käyttäminen spektroskopiassa koskee lähinnä molekyylien pyörimisenergiatasojen siirtymistä; mikroaaltospektroskopian avulla voidaan kuitenkin tutkia vain molekyylejä, joissa on pyörimisen yhteydessä muuttuva pysyvä dipoli. Tämä johtuu siitä, että molekyylissä täytyy olla varausero, jotta fotonin värähtelevä kenttä antaisi molekyylille momentin sellaisen akselin ympäri, joka on kohtisuorassa tätä dipolia vastaan ja kulkee molekyylin massakeskipisteen läpi. Mikroaaltospektroskopiassa hyödynnetään mikroaaltoalueen fotoneja aiheuttamaan siirtymiä molekyylien kvanttikiertoenergiatasojen kesken. Yksi yleisimmin käytetyistä spektroskopiatekniikoista, joka sisältää mikroaaltotaajuuden, on:

ESR tai EPR: Elektronin Spin-resonanssi, tunnetaan myös nimellä elektronin paramagneettinen resonanssi, on spektroskopiatekniikka, jota käytetään molekyylien tutkimiseen parittomilla elektroneilla. Kun tällaiseen elektroniin kohdistetaan magneettikenttä, se vaikuttaa elektronin dipolimomenttiin (elektronin dipolimomentti syntyy elektronin luontaisesta kulmamomentista eli” spinistä”). Tämä vääntömomentti aiheuttaa pääkvanttilukuun n liittyvien muutoin terävien spektriviivojen jakautumisen spinikvanttilukuun liittyviksi moniksi lähekkäin oleviksi viivoiksi, jotka määrittelevät elektronin suunnan avaruudessa (Zeeman-efekti). Kun mikroaallot kohdistetaan tällaiseen systeemiin, mikroaaltofoton joutuu elektronin absorboimaksi, mikä aiheuttaa siirtymän kahden spin-kvanttitilan välillä, mikä täyttää resonanssitilan. Se auttaa Landen g-tekijän määrittämisessä mittaamalla kenttää ja taajuutta, jolla resonanssi tapahtuu, mikä puolestaan antaa tietoa parittamattoman elektronin sisältävän atomi-tai molekyyliorbitaalin luonteesta.

5. Radioastronomia

ihmisen sivilisaation alusta lähtien esi-isämme olivat kiehtoneet yötaivaalla olevia pieniä säkenöiviä esineitä, jotka nyt luokittelemme taivaankappaleiksi (esim.tähdet, planeetat, kuut, asteroidit jne.). Mikroaaltoteknologian ansiosta voimme laajentaa ymmärryksemme laajuutta paitsi nykyisyyteen myös universumimme menneisyyteen. Useimmat meistä tuntevat staattisen eli kohinan (mustavalkoiset Pikselit tanssivat satunnaisesti), jonka näemme analogisessa tv-näytössä, kun antennin kautta ei tule mitään tiettyä signaalia. Kun otetaan huomioon kaikki häiriöt, joita voi esiintyä ilmakehässä, huomattava määrä signaalin, jolle tämä staattinen huomioon on sähkömagneettisia aaltoja, jotka kuuluvat mikroaaltoalueen spektrin. Mistä nämä mikroaallot ovat peräisin? Se voi yllättää sinut, mutta osa tuosta kohinasta on kuva vastasyntyneestä universumistamme.

paras ymmärrys universumimme alkuperästä on alkuräjähdysteorian kautta. Kun alkuräjähdys tapahtui 13,8 miljardia vuotta sitten, koko maailmankaikkeus syntyi valtavan energiamäärän möykkynä. Noin 400 000 vuotta myöhemmin se oli kuuma ja tiheä supercharged plasma-pallo, jonka lämpötila oli useita tuhansia asteita. Aivan kuten jokainen kuuma asia säteilee valoa, myös tämä superhotti ioninen plasma säteili säteilyä, ja koska lämpötila oli liian korkea neutraalien atomien muodostumiselle, nämä säteilyt eivät voineet matkustaa kovin kauas ennen kuin ne törmäsivät elektroniin ja kimposivat takaisin. Kun tämä lämpötila jäähtyi alle ∼ 3000K-arvon, neutraaleja atomeja alkoi muodostua, mikä mahdollisti aiemmin vangitun EM-säteilyn laajenemisen niin pitkälle kuin maailmankaikkeus ulottuu. EM-säteilyn aallonpituus muuttuu niiden kulkiessa laajenevan maailmankaikkeuden läpi (kosmologinen punasiirtymä). Kun otetaan huomioon 13 miljardin vuoden laajeneminen, tuo vangittu valo on nyt läsnä kaikkialla maailmankaikkeudessa kosmisena Mikroaaltotaustasäteilynä (maailmankaikkeuden vanhimpana valona). Vuonna 2003 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) kartoitti kosmisen Mikroaaltotaustasäteilyn (CMB) pienten vaihtelujen kuvion ja tuotti ensimmäisen hienoresoluutioisen (0,2 astetta) täyden taivaan kartan mikroaaltotaivaasta. Alkuräjähdysteorian todisteena pidetyn kosmisen taustasäteilyn löytyminen tehtiin radioastronomian avulla. Luonnossa tapahtuvan mikroaaltosäteilyn vastaanottamisen lisäksi radioteleskooppeja on käytetty aktiivisissa tutkakokeissa mikroaaltojen kimpoamiseen aurinkokunnan planeetoilta, etäisyyden määrittämiseen kuuhun tai Venuksen näkymättömän pinnan kartoittamiseen pilvipeitteen kautta.

6. Mikroaalto-ablaatio

koska mikroaallot ovat luonteeltaan ionisoimattomia, niitä voidaan turvallisesti käyttää lääkkeisiin. Niiden energia läpäisee kudoksen aiheuttamatta sille vahinkoa. Yksi merkittävimmistä sovelluksista mikroaaltojen alalla lääketieteen on mikroaaltouuni ablaatio (ablaatio on termi, jota käytetään lääketieteessä kuvaamaan poistamista kudoksen joko kirurgisesti tai vähemmän invasiivisia tekniikoita). Se on eräänlainen Interventionaalinen radiografia, joka auttaa hyvänlaatuisten kasvainten ja syövän hoidossa. Tässä prosessissa, mikroaaltouuni energiaa käytetään luomaan paikallinen Dielektrinen lämmitys kuivattaa ei-toivotut kudokset. Yhteiset lääketieteelliset käyttöalueet ovat onkologia, kardiologia, gynekologia, rhizotomia, otolaryngologia (ENT), silmätaudit, kosmeettiset hoidot ja hammashoidot. Syöpäpotilaat, jotka ovat huono kirurgisia ehdokkaita voivat myös hyötyä mikroaaltouuni ablation koska se on minimaalisesti invasiivisia. Toinen tärkeä tekijä on saatavuus taajuus, joka voidaan päättää koosta riippuen kasvaimen; kuitenkin, kun käytät mikroaaltoja hoitoon tahansa kunnossa, on tärkeää ottaa huomioon muuttuvat dielektriset ominaisuudet kudoksen hoidon aikana. Näiden mittausten epätarkkuus voi johtaa joko riittämättömään tehoon, joka johtaa huonoon hoitoon, tai liialliseen tehoon, joka vahingossa aiheuttaa vakavia potilasvahinkoja.

7. Mikroaaltouuni

mikroaaltouuni on tunnettu edellä mainitun tutkatekniikan sivutuote. Magnetroniputket, joita alun perin käytettiin pitkän kantaman sotilastutkien kehittämisessä, saivat kaupallisen sovelluksensa toisen maailmansodan jälkeen. vaikka tiedeyhteisö tunsi radioaaltojen lämmitysominaisuudet 1920-luvulta lähtien, vasta vuonna 1945 Percy Spencer, itseoppinut amerikkalainen insinööri, löysi vahingossa suuritehoisen mikroaaltosäteen lämpövaikutuksen. 8. lokakuuta 1945 Spencer patentoi mikroaaltouunin keittoprosessin ja uunin Raytheon Companyn alaisuudessa. Mikroaaltouunin toiminnan yksityiskohtainen kuvaus löytyy mikroaaltouunin toimintaperiaatteesta.