Vad är det första som kommer att tänka på när du hör termen ”mikrovågsugn?”Tja, det måste vara mikrovågsugnen som du kanske har använt nyligen för uppvärmning eller matlagning. En mikrovågsugn är verkligen den mest populära tillämpningen av mikrovågsstrålning; men om du tror att matlagning är det enda mikrovågor är bra för, underskattar du i stort sett deras betydelse i vårt dagliga liv. Innan vi diskuterar andra användningar av mikrovågor, låt oss först förstå vad menar vi med termen ”mikrovågsugn?”Det synliga ljuset som gör att vi kan se de saker som finns omkring oss är en del av det elektromagnetiska spektrumet som innehåller flera andra typer av strålning. I huvudsak är alla EM-strålningar tvärgående elektriska och magnetiska vågor som färdas med ljusets hastighet (endast i ledigt utrymme) med olika frekvenser och våglängder. Mikrovågsugn är en sådan EM-strålning vars våglängd ligger mellan intervallet {10}^{-3} till {10}^{-1} meter, därav namnet ”mikrovågsugn.”Motsvarande frekvenser ligger mellan intervallet av {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, vilket innebär att mikrovågor är mer energiska, och därför är dessa mer lämpade för att bära signaler med mindre dämpning till ett långt område. Sådana dimensioner har gjort mikrovågor anställbara i flera applikationer över tiden. Låt oss ta en titt på få användningsområden för mikrovågor:

1. Trådlös kommunikation

trådlös kommunikation är en av de mest framstående underverk av mikrovågsteknik. Låt oss försöka förstå hur mikrovågor hjälper till att överföra data runt om i världen. När du använder din mobiltelefon (eller andra trådlösa enheter som bärbara datorer, surfplattor etc.), antingen för internet eller för att ringa ett röstsamtal, skickar eller tar emot information i form av osynliga mikrovågsstrålningar. Dessa mikrovågor plockas upp av cellantennen, överförs mot destinationsantennen och sedan slutligen till slutanvändaren. Mer än hälften av världens mobila överföring sker via säkra mikrovågslänkar. Kostnadseffektivitet är en av de mest framträdande egenheterna som gör mikrovågor till ett föredraget alternativ för trådlös kommunikation mellan EM-spektrumet. Mikrovågor är billigare att generera, mycket snabbare att installera och nästan lika säkra som kabelöverföringen. På grund av deras låga dämpning kan mikrovågor färdas effektivt genom luft, rök, regn eller frost; dock begränsas deras räckvidd av jordens krökning eftersom mikrovågsugnen är en siktlinjeteknik. Detta problem uppstår genom att införliva optiska fibrer i överföringsprocessen. Optisk fiber hjälper till att överföra data till de regioner där mikrovågor är otillräckliga på grund av jordens krökning eller de områden där bergen kan orsaka hindret. Över korta avstånd (några kilometer) kan mikrovågslänkar ge Gigabit kapacitet, tillräckligt för att miljontals människor ska ladda upp ett Facebook-inlägg samtidigt. Här är listan över få mikrovågsbaserade kommunikationstekniker som du kan stöta på i ditt dagliga liv.

• Bluetooth

• GSM, 2G genom 4G.

• trådlösa bredbandssystem (Wi-Fi)

• trådlösa lokala nätverk (WLAN)

• sändning Utomhus (t. ex. nyheter Vans)

• koppla fjärr – och regionala telefonväxlar till huvudutbyten utan behov av koppar / optiska fiberlinjer

• Adresserings-och rapporteringssystem för Flygplanskommunikation (ACARS)

• parabolantenn

• rymdfarkoster kommunikationssystem

2. Navigering

i århundraden har mänskligheten utvecklat flera metoder för att få precision till deras uppfattning om geologisk position och navigering. Tack vare satellitnavigationssystemen (satnavs) litar människor inte längre på stjärnor för att styra dem genom en icke-bekant terräng. Många av oss är bekanta med Global Positioning System (GPS) som lokaliserar vår position på jorden. Det är ett tredelat system inklusive satelliter, markstationer och mottagare. GPS använder mikrovågor där varje signal har en unik frekvens, våglängd, amplitud, fas eller någon kombination av dessa parametrar. Mikrovågssignalerna som emitteras av dessa satelliter används för att beräkna hur långt de är från varandra (minst tre satelliter), och även från enheten vars plats de mäter. Denna process kallas Trilateration. Numera finns det flera regionala satnav-system som USA: s GPS, Indiens NAVIC, Rysslands GLONASS, Kinas BieDuo Navigationssystem, Europeiska unionens Galileo, etc.

3. Radar

mikrovågsteknik har varit en integrerad del av flera militära tillämpningar sedan början av andra världskriget. I själva verket betraktas mikrovågsteknik allmänt som något som förändrade andra världskrigets gång. i synnerhet var enheten som införlivade mikrovågsteknik radaren (Radio Detection And Ranging). Det är en radiolokationsteknik där en radiovågsstråle avges och minns efter att den studsar tillbaka från alla hinder i vägen. Före andra världskriget användes kortvågsradiovågor, med frekvenser från 3-30 MHz, för detektering av flygplan, fartyg och andra artillerifartyg. Med framstegen inom flygvapenteknologi var dessa frekvenser inte så effektiva för försvar. Även om mikrovågor med lång räckvidd hade upptäckts långt före andra världskriget, var de verktyg som krävdes för deras generation inte tillgängliga förrän 1920, då Albert Hull, En amerikansk fysiker, först upptäckte hålrumsmagneten. Skrovmagnetronen testades som en förstärkare i radiomottagare och även som en lågfrekvensoscillator. Det visade sig generera en effekt på 15 kW vid en frekvens av 20 kHz. Under andra världskriget, John Randall och Harry Boot byggde den moderna hålrumsmagneten baserat på Hulls koncept, den första enheten som kunde producera mikrovågsfrekvenser med hög effekt, vilket resulterade i centimeterbandradar. Numera används hans teknik i flera sektorer inom olika branscher, inklusive flygplansplats, sjötrafiknavigering, av meteorologer för väderprognosoperationer och även av brottsbekämpande myndigheter för att hålla kontroll över överhastighetsfordon genom att mäta doppler-effekten.

4. Spektroskopi

spektroskopi är en analytisk teknik som huvudsakligen bygger på interaktionen mellan materia och EM-strålning. Det är ett av de viktigaste verktygen för att förstå molekylernas struktur och beteende. Atomer och molekyler förändrar sitt tillstånd när de interagerar med EM-strålningar. Förändringen kan observeras som utsläpp av fotoner, vilket orsakar en förändring i några av de specifika egenskaperna hos atomen eller molekylen som studeras. Att använda mikrovågor för spektroskopi handlar huvudsakligen om övergången av rotationsenerginivåer i molekylerna; emellertid kan endast molekyler med en permanent dipol som förändras vid rotation undersökas med mikrovågsspektroskopi. Detta beror på att det måste finnas en laddningsskillnad över molekylen för fotonens oscillerande fält för att ge ett vridmoment på molekylen runt en axel som är vinkelrätt mot denna dipol och som passerar genom molekylens masscentrum. Mikrovågsspektroskopi använder fotonerna i mikrovågsområdet för att orsaka övergångar mellan molekylernas kvantrotationsenerginivåer. En av de mest använda spektroskopiteknikerna som innehåller mikrovågsfrekvens är:

ESR eller EPR: Elektronspinnresonans, även känd som Elektronparamagnetisk resonans, är en spektroskopiteknik som används för att studera molekylerna med oparade elektroner. När ett magnetfält appliceras på en sådan elektron, utövar det ett vridmoment på elektronens dipolmoment (elektronens dipolmoment uppstår från den inneboende vinkelmomentet eller ”spin” av elektronen). Detta vridmoment orsakar splittringen av de annars skarpa spektrallinjerna associerade med huvudkvantumtalet n i flera tätt åtskilda linjer associerade med spinnkvantumtalet, vilket specificerar elektronens orientering i rymden (Zeeman-effekt). När mikrovågor appliceras på ett sådant system absorberas en mikrovågsfoton av elektronen, vilket orsakar övergången mellan två spinnkvanttillstånd, vilket uppfyller resonansförhållandet. Det hjälper till att bestämma Lande ’ s g-faktor genom att mäta fältet och frekvensen vid vilken resonans uppstår, vilket i sin tur ger information om naturen hos den atom-eller molekylära orbitalen som innehåller den oparade elektronen.

5. Radioastronomi

sedan den mänskliga civilisationens gryning fascinerades våra förfäder av de små gnistrande föremålen som finns på natthimlen, som vi nu klassificerar som himmelska föremål (t.ex. stjärnor, planeter, månar, asteroider etc.). Tack vare mikrovågstekniken kan vi bredda omfattningen av vår förståelse, inte bara till nutiden utan också till vårt universums förflutna. De flesta av oss är bekanta med det statiska eller bruset (svartvita pixlar dansar slumpmässigt), som vi ser på en analog tv-skärm när det inte finns någon specifik signal som kommer genom skålantennen. Vid redovisning av alla störningar som kan uppstå i atmosfären, en betydande mängd av signalen för vilken detta statiska konto är de elektromagnetiska vågorna som faller under spektrumets mikrovågsområde. Vad är källan till dessa mikrovågor? Tja, det kan överraska dig, men en del av den statiska är en bild av vårt nyfödda universum.

den bästa förståelsen som vi har om ursprunget till vårt universum är genom Big Bang-teorin. När Big Bang inträffade för 13,8 miljarder år sedan kom hela universum till som en klump av en enorm mängd energi. Omkring 400 000 år senare var det en het och tät sfär av superladdad plasma med flera tusen grader av temperatur. Precis som varje het sak avger ljus, emitterade denna superheta Joniska plasma också EM-strålningar och eftersom temperaturen var för hög för att neutrala atomer skulle bildas, kunde dessa EM-strålningar inte resa mycket långt innan de går in i en elektron och studsar tillbaka. När denna temperatur kyldes ner under märket för 3000K i Xiaomi började de neutrala atomerna bildas, vilket gjorde att den tidigare fångade EM-strålningen kunde expandera så långt som universum går. Våglängden för EM-strålning förändras när de reser genom det expanderande universum (kosmologisk rödförskjutning). Med tanke på 13 miljarder år av expansion är det fångade ljuset nu närvarande överallt i universum som den kosmiska Mikrovågsbakgrundsstrålningen (det äldsta ljuset i universum). 2003 kartlade Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mönstret av små fluktuationer i kosmisk Mikrovågsbakgrund (CMB) strålning och producerade den första finupplösningen (0,2 grader) full-sky-kartan över mikrovågshimlen. Upptäckten av den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, betraktad som bevis för Big Bang-teorin, gjordes genom radioastronomi. Förutom att ta emot naturligt förekommande mikrovågsstrålning har radioteleskop använts i aktiva radarexperiment för att studsa mikrovågor från planeter i solsystemet, för att bestämma avståndet till månen eller kartlägga Venus osynliga yta genom Molntäcke.

6. Mikrovågsablation

med tanke på att mikrovågor är icke-joniserande i naturen kan de användas säkert för medicinska tillämpningar. De har tillräckligt stor energi för att tränga in i vävnaden utan att skada den. En av de mest framträdande tillämpningarna av mikrovågor inom medicinområdet är mikrovågsablation (Ablation är en term som används i medicin för att beskriva avlägsnande av vävnad antingen genom kirurgi eller mindre invasiva tekniker). Det är en form av interventionell radiografi som hjälper till vid behandling av godartade tumörer och cancer. I denna process används mikrovågsenergi för att skapa lokaliserad dielektrisk uppvärmning för att torka de oönskade vävnaderna. Vanliga medicinska användningsområden inkluderar onkologi, kardiologi, gynekologi, rhizotomi, otolaryngologi (ENT), oftalmologi, kosmetiska behandlingar och tandbehandlingar. Cancerpatienter som är dåliga kirurgiska kandidater kan också dra nytta av mikrovågsablation eftersom det är minimalt invasivt. En annan viktig faktor är tillgängligheten av en frekvens som kan bestämmas beroende på tumörens storlek; men när du använder mikrovågor för att behandla alla tillstånd är det viktigt att ta hänsyn till de förändrade dielektriska egenskaperna hos vävnad under behandlingen. Varje oprecision i dessa mätningar har potential att resultera i antingen otillräcklig effekt som resulterar i dålig behandling eller överdriven effekt oavsiktligt orsakar allvarlig patientskada.

7. Mikrovågsugn

mikrovågsugnen är en välkänd biprodukt av ovannämnda radarteknik. Magnetronrören, som ursprungligen användes vid utvecklingen av långdistans militärradar, fick sin kommersiella tillämpning efter andra världskriget. även om det vetenskapliga samfundet var bekant med radiovågornas uppvärmningsegenskaper sedan 1920-talet, var det inte förrän 1945 som Percy Spencer, en självlärd amerikansk ingenjör, av misstag upptäckte den termiska effekten av en högdriven mikrovågsstråle. Den 8 oktober 1945 patenterade Spencer mikrovågsprocessen och en ugn under Raytheon company. För en detaljerad beskrivning av mikrovågsugnens funktion, se mikrovågsugnens arbetsprincip.