Qual é a primeira coisa que vem à sua mente quando você ouve o termo “microondas?”Bem, deve ser o forno de microondas que você pode ter usado recentemente para reaquecer ou cozinhar alimentos. Um forno de microondas é de fato a aplicação mais popular de radiação de microondas; no entanto, se você acha que cozinhar é a única coisa para a qual as microondas são boas, você está subestimando amplamente sua importância em nossa vida diária. Antes de discutirmos outros usos de microondas, vamos primeiro entender o que queremos dizer com o termo “microondas?”A luz visível que nos permite ver as coisas presentes ao nosso redor é uma parte do espectro eletromagnético que contém vários outros tipos de radiações. Essencialmente, todas as radiações EM São ondas elétricas e magnéticas transversais que viajam na velocidade da luz (apenas no espaço livre) com diferentes frequências e comprimentos de onda. Microondas é uma radiação EM cujo comprimento de onda está entre a faixa de {10}^{-3} a {10}^{-1} metros, daí o nome “microondas.”As frequências correspondentes situam-se entre o intervalo de {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, o que significa que as microondas são mais energéticas e, portanto, são mais adequadas para transportar sinais com menos atenuação para uma faixa distante. Tais dimensões tornaram as microondas empregáveis em várias aplicações ao longo do tempo. Vamos dar uma olhada em alguns usos de microondas:

1. Comunicação sem fio

a comunicação sem fio é uma das maravilhas mais marcantes da tecnologia de microondas. Vamos tentar entender como as microondas ajudam a transmitir dados em todo o mundo. Sempre que você usa seu telefone celular (ou outros dispositivos sem fio, como laptops, tablets, etc.), seja para a internet ou para fazer uma chamada de voz, envia ou recebe informações na forma de radiações de microondas invisíveis. Essas microondas são captadas pela antena da célula, transmitidas para a antena de destino e, finalmente, para o usuário final. Mais da metade da transmissão móvel do mundo ocorre por meio de links seguros de rede de micro-ondas. A relação custo-benefício é uma das peculiaridades mais proeminentes que torna as microondas uma opção preferível para a comunicação sem fio entre o espectro EM. As microondas são mais baratas de gerar, muito mais rápidas de instalar e quase tão seguras quanto a transmissão por cabo. Devido à sua baixa atenuação, as microondas podem viajar eficientemente pelo ar, fumaça, chuva ou geada; no entanto, seu alcance é limitado pela curvatura da terra, pois o microondas é uma tecnologia de linha de visão. Esse problema é encontrado incorporando fibras ópticas no processo de transmissão. A fibra óptica ajuda a transmitir os dados para as regiões onde as microondas são inadequadas por causa da curvatura da terra, ou as áreas onde as montanhas podem causar o obstáculo. Em distâncias de curto alcance( alguns quilômetros), os links de microondas podem fornecer gigabits de capacidade, o suficiente para milhões de pessoas enviarem uma postagem no Facebook ao mesmo tempo. Aqui está a lista de algumas tecnologias de comunicação baseadas em microondas que você pode encontrar em sua vida diária.

• Bluetooth

• GSM, 2G a 4G.

• Sistemas de banda Larga Wireless (Wi-Fi)

• Redes Locais sem Fios (WLAN)

• ao ar livre de Radiodifusão (e.g. Notícias Vans)

• a Vinculação remoto e telefone regionais de intercâmbio principais trocas sem a necessidade de cobre/fibra óptica linhas

• Aircraft Communications Addressing and Reporting System (ACARS)

• via Satélite, Antena de Prato

• Nave de Sistemas de Comunicação

2. Navegação

durante séculos, a humanidade tem desenvolvido vários métodos para trazer precisão à sua percepção da posição geológica e da navegação. Graças aos sistemas de navegação por satélite (satnavs), os humanos não dependem mais de estrelas para guiá-los por um terreno não familiar. Muitos de nós estão familiarizados com o sistema de Posicionamento Global (GPS) que localiza nossa posição na terra. É um sistema de três partes, incluindo satélites, estações terrestres e receptores. O GPS usa microondas com cada sinal tendo uma frequência única, comprimento de onda, amplitude, fase ou alguma combinação desses parâmetros. Os sinais de microondas emitidos por esses satélites são usados para calcular a distância entre si (pelo menos três satélites) e também do dispositivo cuja localização eles estão medindo. Esse processo é conhecido como trilateração. Hoje em dia, existem vários sistemas regionais de satnav, como o GPS dos EUA, o Navic da Índia, o GLONASS da Rússia, o sistema de navegação BieDuo da China, o Galileo da União Europeia, etc.

3. Radar

a tecnologia de microondas tem sido parte integrante de várias aplicações militares desde o início da Segunda Guerra Mundial. Na verdade, a tecnologia de microondas é amplamente considerada como algo que mudou o curso da Segunda Guerra Mundial. em particular, o dispositivo que incorporou a tecnologia de microondas foi o radar (Detecção e alcance de rádio). É uma técnica de radiolocalização em que um feixe de ondas de rádio é emitido e recolhido depois de se recuperar de qualquer obstáculo no caminho. Antes da Segunda Guerra Mundial, ondas de rádio de ondas curtas, com frequências variando de 3-30 MHz, foram usadas para a detecção de aeronaves, navios e outros navios de artilharia. Com o avanço da tecnologia da Força Aérea, essas frequências não eram tão eficientes para a defesa. Embora as microondas de longo alcance tenham sido descobertas muito antes da Segunda Guerra Mundial, as ferramentas necessárias para sua geração não estavam disponíveis até 1920, quando Albert Hull, um físico americano, descobriu pela primeira vez o magnetron da cavidade. O Hull magnetron foi testado como um amplificador em receptores de rádio e também como um oscilador de baixa frequência. Verificou-se que gera uma potência de 15 kW a uma frequência de 20 kHz. Durante a Segunda Guerra Mundial, John Randall e Harry Boot construíram o magnetron cavity moderno com base no conceito de Hull, o primeiro dispositivo que poderia produzir frequências de microondas de alta potência, resultando em radar de banda centimétrica. Hoje em dia, sua tecnologia está sendo usada em vários setores de várias indústrias, incluindo localização de aeronaves, navegação de tráfego marítimo, por meteorologistas para operações de previsão do tempo, e também por agentes da lei para manter um controle sobre veículos com excesso de velocidade medindo o efeito doppler.

4. Espectroscopia

a espectroscopia é uma técnica analítica baseada principalmente na interação da matéria com as radiações em. É uma das ferramentas mais importantes para entender a estrutura e o comportamento das moléculas. Átomos e moléculas mudam seu estado quando interagem com as radiações EM. A mudança pode ser observada como a emissão de fótons, causando uma mudança em algumas das propriedades específicas do átomo ou molécula em estudo. O uso de microondas para espectroscopia se preocupa principalmente com a transição dos níveis de energia rotacional nas moléculas; no entanto, apenas moléculas com um dipolo permanente que muda após a rotação podem ser investigadas usando espectroscopia de microondas. Isso ocorre porque deve haver uma diferença de carga através da molécula para o campo oscilante do fóton para transmitir um torque sobre a molécula em torno de um eixo que é perpendicular a este dipolo e que passa pelo centro de massa da molécula. A espectroscopia de microondas utiliza os fótons na região de microondas para causar transições entre os níveis de energia rotacional quântica das moléculas. Uma das técnicas de espectroscopia mais utilizadas que incorpora frequência de microondas é:

ESR ou EPR: A ressonância de Spin de elétrons, também conhecida como ressonância paramagnética de elétrons, é uma técnica de espectroscopia usada para estudar as moléculas com elétrons não pareados. Quando um campo magnético é aplicado a tal elétron, ele exerce um torque no momento dipolo do elétron (o momento dipolo do elétron surge do momento angular intrínseco, ou “spin” do elétron). Esse torque causa a divisão das linhas espectrais de outra forma nítidas associadas ao número quântico principal n em várias linhas espaçadas associadas ao número quântico de spin, especificando a orientação do elétron no espaço (efeito Zeeman). Quando as microondas são aplicadas a esse sistema, um fóton de microondas é absorvido pelo elétron, causando a transição entre dois estados quânticos de spin, satisfazendo a condição de ressonância. Ajuda na determinação do fator g de Lande medindo o campo e a frequência com que ocorre a ressonância, que por sua vez fornece informações sobre a natureza do orbital atômico ou molecular contendo o elétron não pareado.

5. Radioastronomia

desde o início da civilização humana, nossos ancestrais ficaram fascinados com os minúsculos objetos cintilantes presentes no céu noturno, que agora classificamos como objetos celestes (por exemplo, estrelas, planetas, luas, asteróides, etc.). Graças à tecnologia de microondas, podemos ampliar o escopo de nosso entendimento, não apenas para o presente, mas também para o passado do nosso universo. A maioria de nós está familiarizada com a estática, ou ruído (pixels em preto e branco dançando aleatoriamente), que vemos em uma tela de tv analógica quando não há sinal específico vindo através da antena parabólica. Na contabilização de todas as interferências que podem ocorrer na atmosfera, uma quantidade considerável do sinal para o qual essa conta estática são as ondas eletromagnéticas que se enquadram na região de microondas do espectro. Qual é a fonte dessas microondas? Bem, pode surpreendê-lo, mas parte dessa estática é uma imagem do nosso universo recém-nascido.

o melhor entendimento que temos sobre a origem do nosso universo é através da teoria do Big Bang. Quando o Big Bang ocorreu há 13,8 bilhões de anos, todo o universo passou a existir como uma bolha de uma enorme quantidade de energia. Cerca de 400.000 anos depois, era uma esfera quente e densa de plasma superalimentado com vários milhares de graus de temperatura. Assim como toda coisa quente emite luz, esse Plasma iônico superhot também emitia radiações EM e, como a temperatura era muito alta para a formação de átomos neutros, essas radiações EM não podiam viajar muito antes de se depararem com um elétron e se recuperarem. À medida que essa temperatura esfriava abaixo da marca ∼ 3000k, os átomos neutros começaram a se formar, permitindo que a radiação em previamente presa se expandisse até onde o Universo vai. O comprimento de onda da radiação EM muda à medida que viajam pelo universo em expansão (desvio para o vermelho cosmológico). Dado 13 bilhões de anos de expansão, essa luz aprisionada está agora presente em todo o universo como a radiação cósmica de fundo (a luz mais antiga do universo). Em 2003, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mapeou o padrão de pequenas flutuações na radiação cósmica de fundo em microondas (CMB) e produziu o primeiro mapa de céu completo de resolução fina (0,2 graus) do céu de microondas. A descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, considerada evidência da teoria do Big Bang, foi feita através da radioastronomia. Além de receber radiação de microondas de ocorrência natural, radiotelescópios têm sido usados em experimentos de radar ativos para saltar microondas fora planetas no sistema solar, para determinar a distância até a Lua, ou mapear a superfície invisível de Vênus através da cobertura de nuvens.

6. Ablação por microondas

do ponto de vista das microondas serem de natureza não ionizante, elas podem ser empregadas com segurança para aplicações medicinais. Eles têm energia significativa o suficiente para penetrar no tecido sem causar nenhum dano a ele. Uma das aplicações mais proeminentes das microondas no campo da medicina é a ablação por microondas (ablação é um termo usado na medicina para descrever a remoção de tecido por cirurgia ou técnicas menos invasivas). É uma forma de radiografia intervencionista que ajuda no tratamento de tumores benignos e câncer. Nesse processo, a energia do microondas é usada para criar aquecimento dielétrico localizado para dessecar os tecidos indesejados. As áreas médicas comuns de aplicação incluem oncologia, cardiologia, ginecologia, rizotomia, Otorrinolaringologia (Otorrinolaringologia), Oftalmologia, tratamentos cosméticos e tratamentos dentários. Pacientes com câncer que são candidatos cirúrgicos pobres também podem se beneficiar da ablação por microondas, pois é minimamente invasiva. Outro fator importante é a disponibilidade de uma frequência que pode ser decidida dependendo do tamanho do tumor; no entanto, ao usar microondas para tratar qualquer condição, é vital levar em consideração as propriedades dielétricas em mudança do tecido durante o tratamento. Qualquer imprecisão nessas medições tem o potencial de resultar em energia insuficiente, resultando em mau tratamento ou poder excessivo inadvertidamente causando ferimentos graves ao paciente.

7. Forno de microondas

o forno de microondas é um subproduto bem conhecido da tecnologia de radar acima mencionada. O magnetron tubos, que foram inicialmente utilizados no desenvolvimento de longo alcance de radares militares, ganhou sua aplicação comercial após a II Guerra Mundial. Embora a comunidade científica estava familiarizado com o aquecimento características de ondas de rádio desde a década de 1920, não foi até 1945 que Percy Spencer, um auto-didata engenheiro norte-Americano, descobriu acidentalmente o efeito térmico de alta potência do feixe de micro-ondas. Em 8 de outubro de 1945, Spencer patenteou o processo de cozimento de microondas e um forno sob a Raytheon company. Para a descrição detalhada do funcionamento do forno de microondas, por favor consulte o princípio de funcionamento do forno de microondas.