Qual è la prima cosa che ti viene in mente quando senti il termine “Microonde?”Beh, deve essere il forno a microonde che potresti aver usato di recente per riscaldare o cucinare il cibo. Un forno a microonde è infatti l’applicazione più popolare delle radiazioni a microonde; tuttavia, se pensi che cucinare sia l’unica cosa per cui le microonde sono buone, stai ampiamente sottovalutando la loro importanza nella nostra vita quotidiana. Prima di discutere altri usi delle microonde, capiamo prima cosa intendiamo con il termine “Microonde?”La luce visibile che ci permette di vedere le cose presenti intorno a noi è una parte dello spettro elettromagnetico che contiene diversi altri tipi di radiazioni. Essenzialmente, tutte le radiazioni EM sono onde elettriche e magnetiche trasversali che viaggiano alla velocità della luce (solo nello spazio libero) con diverse frequenze e lunghezze d’onda. La microonde è una di queste radiazioni EM la cui lunghezza d’onda si trova tra l’intervallo di {10}^{-3} a {10}^{-1} metri, da cui il nome “microonde.”Le frequenze corrispondenti si trovano tra l’intervallo di {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, il che significa che le microonde sono più energiche, e quindi queste sono più adatte per trasportare segnali con meno attenuazione a un intervallo lontano. Tali dimensioni hanno reso le microonde impiegabili in diverse applicazioni nel tempo. Diamo un’occhiata a pochi usi delle microonde:

1. Comunicazione senza fili

La comunicazione wireless è una delle meraviglie più importanti della tecnologia a microonde. Proviamo a capire come le microonde aiutano a trasmettere dati in tutto il mondo. Ogni volta che si utilizza il telefono cellulare(o altri dispositivi wireless come computer portatili, tablet, ecc.), sia per Internet che per effettuare una chiamata vocale, invia o riceve informazioni sotto forma di radiazioni invisibili a microonde. Queste microonde vengono prelevate dall’antenna della cella, trasmesse verso l’antenna di destinazione e infine all’utente finale. Più della metà della trasmissione mobile del mondo avviene tramite collegamenti di rete a microonde sicuri. Il rapporto costo-efficacia è una delle peculiarità più importanti che rende le microonde un’opzione preferibile per la comunicazione wireless tra lo spettro EM. Le microonde sono più economiche da generare, molto più veloci da installare e quasi sicure quanto la trasmissione via cavo. A causa della loro bassa attenuazione, le microonde possono viaggiare in modo efficiente attraverso l’aria, il fumo, la pioggia o il gelo; tuttavia, la loro portata è limitata dalla curvatura della terra poiché il microonde è una tecnologia line-of-sight. Questo problema si incontra incorporando fibre ottiche nel processo di trasmissione. La fibra ottica aiuta a trasmettere i dati alle regioni in cui le microonde sono inadeguate a causa della curvatura della terra o alle aree in cui le montagne possono causare l’ostacolo. Su distanze a corto raggio (pochi chilometri), i collegamenti a microonde possono fornire gigabit di capacità, sufficienti per milioni di persone a caricare un post su Facebook allo stesso tempo. Ecco l’elenco delle poche tecnologie di comunicazione basate su microonde che potresti incontrare nella tua vita quotidiana.

• Bluetooth

• GSM, 2G attraverso 4G.

• Wireless Sistemi a banda larga (Wi-Fi)

• Reti Locali senza fili (WLAN)

• all’Aperto trasmissioni (ad esempio, Notizie Furgoni)

• Collegamento remoto regionali e centrali telefoniche agli scambi principali, senza la necessità di rame/fibra ottica linee

• Aircraft Communications Addressing and Reporting System (ACARS)

• Satellitare-Antenna Parabolica

• Navicella Sistemi di Comunicazione

2. Navigazione

Per secoli, l’umanità ha sviluppato diversi metodi per portare precisione alla loro percezione della posizione geologica e della navigazione. Grazie ai sistemi di navigazione satellitare (navigatori satellitari), gli umani non si affidano più alle stelle per guidarli attraverso un terreno non familiare. Molti di noi hanno familiarità con il Global Positioning System (GPS) che individua la nostra posizione sulla terra. È un sistema in tre parti che include satelliti, stazioni di terra e ricevitori. GPS utilizza microonde con ogni segnale avente una frequenza unica, lunghezza d’onda, ampiezza, fase, o qualche combinazione di questi parametri. I segnali a microonde emessi da questi satelliti vengono utilizzati per calcolare la distanza tra loro (almeno tre satelliti) e anche dal dispositivo di cui stanno misurando la posizione. Questo processo è noto come Trilaterazione. Al giorno d’oggi, ci sono diversi sistemi di navigazione satellitare regionali come il GPS degli Stati Uniti, il NAVIC indiano, il GLONASS russo, il sistema di navigazione BieDuo cinese, il Galileo dell’Unione Europea, ecc.

3. Radar

La tecnologia a microonde è stata parte integrante di diverse applicazioni militari dall’inizio della seconda guerra mondiale. In effetti, la tecnologia a microonde è ampiamente considerata come qualcosa che ha cambiato il corso della seconda guerra mondiale. In particolare, il dispositivo che incorporava la tecnologia a microonde era il radar (Radio Detection And Ranging). È una tecnica di radiolocalizzazione in cui un fascio di onde radio viene emesso e ricordato dopo che rimbalza da qualsiasi ostacolo nel percorso. Prima della seconda guerra mondiale, le onde radio ad onde corte, con frequenze comprese tra 3 e 30 MHz, venivano utilizzate per il rilevamento di aerei, navi e altre navi di artiglieria. Con il progresso della tecnologia airforce, queste frequenze non erano così efficienti per la difesa. Sebbene le microonde a lungo raggio fossero state scoperte molto prima della seconda guerra mondiale, gli strumenti necessari per la loro generazione non erano disponibili fino al 1920, quando Albert Hull, un fisico americano, scoprì per la prima volta il magnetron della cavità. Lo scafo magnetron è stato testato come amplificatore in ricevitori radio e anche come oscillatore a bassa frequenza. È stato trovato per generare una potenza di 15 kW ad una frequenza di 20 kHz. Durante la seconda guerra mondiale, John Randall e Harry Boot costruirono il moderno magnetron a cavità basato sul concetto di Hull, il primo dispositivo in grado di produrre frequenze a microonde ad alta potenza, con conseguente radar a banda centimetrica. Al giorno d’oggi, la sua tecnologia viene utilizzata in diversi settori di varie industrie, tra cui la posizione degli aeromobili, la navigazione del traffico marittimo, dai meteorologi per le operazioni di previsione del tempo e anche dalle forze dell’ordine per tenere sotto controllo i veicoli di sovralimentazione misurando l’effetto doppler.

4. Spettroscopia

La spettroscopia è una tecnica analitica basata principalmente sull’interazione della materia con le radiazioni EM. È uno degli strumenti più importanti per comprendere la struttura e il comportamento delle molecole. Atomi e molecole cambiano il loro stato quando interagiscono con le radiazioni EM. Il cambiamento può essere osservato come l’emissione di fotoni, causando un cambiamento in alcune delle proprietà specifiche dell’atomo o della molecola in studio. L’uso delle microonde per la spettroscopia riguarda principalmente la transizione dei livelli di energia rotazionale nelle molecole; tuttavia, solo le molecole con un dipolo permanente che cambia al momento della rotazione possono essere studiate utilizzando la spettroscopia a microonde. Questo perché ci deve essere una differenza di carica attraverso la molecola per il campo oscillante del fotone per impartire una coppia sulla molecola attorno ad un asse perpendicolare a questo dipolo e che passa attraverso il centro di massa della molecola. La spettroscopia di microonda utilizza i fotoni nella regione di microonda per causare le transizioni fra i livelli di energia rotazionale quantistica delle molecole. Una delle tecniche di spettroscopia più utilizzate che incorpora la frequenza delle microonde è:

ESR o EPR: La risonanza di spin elettronico, nota anche come risonanza paramagnetica elettronica, è una tecnica di spettroscopia utilizzata per studiare le molecole con elettroni spaiati. Quando un campo magnetico viene applicato a tale elettrone, esercita una coppia sul momento di dipolo dell’elettrone (il momento di dipolo dell’elettrone deriva dal momento angolare intrinseco, o “spin” dell’elettrone). Questa coppia provoca la scissione delle linee spettrali altrimenti nitide associate al numero quantico principale n in più linee strettamente distanziate associate al numero quantico di spin, specificando l’orientamento dell’elettrone nello spazio (effetto Zeeman). Quando le microonde vengono applicate a tale sistema, un fotone a microonde viene assorbito dall’elettrone, causando la transizione tra due stati quantici di spin, soddisfacendo la condizione di risonanza. Aiuta nella determinazione del fattore g di Lande misurando il campo e la frequenza alla quale si verifica la risonanza, che a sua volta fornisce informazioni sulla natura dell’orbitale atomico o molecolare contenente l’elettrone spaiato.

5. Radioastronomia

Fin dagli albori della civiltà umana, i nostri antenati erano affascinati dai minuscoli oggetti scintillanti presenti nel cielo notturno, che ora classifichiamo come oggetti celesti (ad esempio stelle, pianeti, lune, asteroidi, ecc.). Grazie alla tecnologia a microonde che possiamo ampliare la portata della nostra comprensione, non solo al presente ma anche al passato del nostro universo. La maggior parte di noi hanno familiarità con la statica, o rumore (pixel in bianco e nero che ballano a caso), che vediamo su uno schermo tv analogico quando non c’è segnale specifico che passa attraverso l’antenna parabolica. Tenendo conto di tutte le interferenze che possono verificarsi nell’atmosfera, una quantità considerevole del segnale per il quale questo conto statico è le onde elettromagnetiche che cadono sotto la regione delle microonde dello spettro. Qual è la fonte di queste microonde? Beh, potrebbe sorprenderti, ma un po ‘di quella statica e’ un’immagine del nostro universo appena nato.

La migliore comprensione che abbiamo circa l’origine del nostro universo è attraverso la Teoria del Big Bang. Quando il Big Bang si è verificato 13,8 miliardi di anni fa, l’intero universo è venuto all’esistenza come un blob di un’enorme quantità di energia. Circa 400.000 anni dopo, era una sfera calda e densa di plasma sovralimentato con diverse migliaia di gradi di temperatura. Proprio come ogni cosa calda emette luce, anche questo plasma ionico superhot emetteva radiazioni EM e poiché la temperatura era troppo alta per formare atomi neutri, queste radiazioni EM non potevano viaggiare molto lontano prima di imbattersi in un elettrone e rimbalzare. Mentre questa temperatura si raffreddava al di sotto del segno ∼ 3000K, gli atomi neutri iniziarono a formarsi, permettendo alla radiazione EM precedentemente intrappolata di espandersi fino all’universo. La lunghezza d’onda della radiazione EM cambia mentre viaggiano attraverso l’universo in espansione (redshift cosmologico). Dato 13 miliardi di anni di espansione, quella luce intrappolata è ora presente ovunque nell’universo come Radiazione cosmica di fondo a microonde (la luce più antica dell’universo). Nel 2003, Wilkinson Microwave Anisotropia Probe (WMAP) ha mappato il modello di piccole fluttuazioni nella radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB) e ha prodotto la prima mappa del cielo a risoluzione fine (0,2 gradi) del cielo a microonde. La scoperta della radiazione cosmica di fondo a microonde, considerata come prova per la teoria del Big Bang, è stata fatta attraverso la radioastronomia. Oltre a ricevere radiazioni a microonde naturali, i radiotelescopi sono stati utilizzati in esperimenti radar attivi per far rimbalzare le microonde dai pianeti del sistema solare, per determinare la distanza dalla Luna o mappare la superficie invisibile di Venere attraverso la copertura nuvolosa.

6. Ablazione a microonde

Dal punto di vista delle microonde non ionizzanti in natura, possono essere tranquillamente impiegate per applicazioni medicinali. Hanno energia abbastanza significativa da penetrare nel tessuto senza causare alcun danno ad esso. Una delle applicazioni più importanti delle microonde nel campo della medicina è l’ablazione a microonde (l’ablazione è un termine usato in medicina per descrivere la rimozione del tessuto mediante chirurgia o tecniche meno invasive). È una forma di radiografia interventistica che aiuta nel trattamento dei tumori benigni e del cancro. In questo processo, l’energia a microonde viene utilizzata per creare un riscaldamento dielettrico localizzato per essiccare i tessuti indesiderati. Le aree mediche comuni di applicazione includono oncologia, cardiologia, ginecologia, rizotomia, otorinolaringoiatria (ORL), oftalmologia, trattamenti cosmetici e trattamenti dentali. I pazienti oncologici che sono candidati chirurgici poveri possono anche beneficiare dell’ablazione a microonde in quanto è minimamente invasiva. Un altro fattore importante è la disponibilità di una frequenza che può essere decisa in base alle dimensioni del tumore; tuttavia, mentre si utilizzano le microonde per trattare qualsiasi condizione, è fondamentale tenere conto delle mutevoli proprietà dielettriche del tessuto durante il trattamento. Qualsiasi imprecisione in queste misurazioni ha il potenziale di provocare una potenza insufficiente con conseguente trattamento scadente o una potenza eccessiva che causa inavvertitamente gravi lesioni al paziente.

7. Forno a microonde

Il forno a microonde è un sottoprodotto ben noto della tecnologia radar sopra menzionata. Il magnetron tubi, che sono stati inizialmente utilizzati nello sviluppo di long-range radar militari, hanno guadagnato la loro applicazione commerciale dopo la seconda Guerra Mondiale. Anche se la comunità scientifica è stata familiarità con le caratteristiche di riscaldamento onde radio a partire dal 1920, non è stato fino al 1945 che Percy Spencer, autodidatta ingegnere Americano, scoperto per caso l’effetto termico di un potente raggio a microonde. L ‘ 8 ottobre 1945, Spencer brevettò il processo di cottura a microonde e un forno sotto la Raytheon company. Per la descrizione dettagliata del funzionamento del forno a microonde, si prega di fare riferimento al principio di funzionamento del forno a microonde.