¿Qué es lo primero que se te viene a la mente cuando escuchas el término «Microondas»?»Bueno, debe ser el horno de microondas que podría haber utilizado recientemente para recalentar o cocinar alimentos. Un horno de microondas es, de hecho, la aplicación más popular de radiación de microondas; sin embargo, si cree que cocinar es lo único para lo que las microondas son buenas, está subestimando ampliamente su importancia en nuestra vida diaria. Antes de discutir otros usos de las microondas, primero entendamos qué queremos decir con el término «Microondas».»La luz visible que nos permite ver las cosas presentes a nuestro alrededor es parte del espectro electromagnético que contiene varios otros tipos de radiaciones. Esencialmente, todas las radiaciones electromagnéticas son ondas eléctricas y magnéticas transversales que viajan a la velocidad de la luz (solo en el espacio libre) con diferentes frecuencias y longitudes de onda. El microondas es una de esas radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda se encuentra entre el rango de {10}^{-3} a {10}^{-1} metros, de ahí el nombre de «microondas».»Las frecuencias correspondientes se encuentran entre el rango de {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, lo que significa que las microondas son más energéticas y, por lo tanto, son más adecuadas para transportar señales con menos atenuación a un rango lejano. Tales dimensiones han hecho que las microondas sean utilizables en varias aplicaciones a lo largo del tiempo. Echemos un vistazo a algunos usos de las microondas:

1. Comunicación Inalámbrica

La comunicación inalámbrica es una de las maravillas más destacadas de la tecnología de microondas. Intentemos entender cómo las microondas ayudan a transmitir datos en todo el mundo. Cada vez que use su teléfono móvil (u otros dispositivos inalámbricos, como computadoras portátiles, tabletas, etc.).), ya sea para Internet o para hacer una llamada de voz, envía o recibe información en forma de radiaciones de microondas invisibles. Estas microondas son captadas por la antena celular, transmitidas hacia la antena de destino y, finalmente, al usuario final. Más de la mitad de la transmisión móvil del mundo se realiza a través de enlaces de red de microondas seguros. La rentabilidad es una de las peculiaridades más destacadas que hacen de las microondas una opción preferible para la comunicación inalámbrica entre el espectro EM. Las microondas son más baratas de generar, mucho más rápidas de instalar y casi tan seguras como la transmisión por cable. Debido a su baja atenuación, las microondas pueden viajar eficientemente a través del aire, el humo, la lluvia o las heladas; sin embargo, su alcance está limitado por la curvatura de la tierra, ya que el microondas es una tecnología de línea de visión. Este problema se encuentra al incorporar fibras ópticas en el proceso de transmisión. La fibra óptica ayuda a transmitir los datos a las regiones donde las microondas son inadecuadas debido a la curvatura de la tierra, o a las áreas donde las montañas pueden causar el obstáculo. En distancias cortas (unos pocos kilómetros), los enlaces de microondas pueden proporcionar gigabits de capacidad, lo suficiente para que millones de personas suban una publicación de Facebook al mismo tiempo. Aquí está la lista de algunas tecnologías de comunicación basadas en microondas que puede encontrar en su vida diaria.

• Bluetooth

• GSM, 2G a 4G.

• Sistemas Inalámbricos de Banda Ancha (Wi-Fi)

• Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN)

• Transmisión de Radiodifusión al Aire Libre (por ejemplo, Furgonetas de Noticias)

• Conexión de centrales telefónicas remotas y regionales a centrales centrales sin necesidad de líneas de cobre / fibra óptica

• Sistema de Direccionamiento y Notificación de Comunicaciones de Aeronaves (ACARS)

• Antena Parabólica

• Sistemas de Comunicación de Naves Espaciales

2. Navegación

Durante siglos, la humanidad ha estado desarrollando varios métodos para aportar precisión a su percepción de la posición geológica y la navegación. Gracias a los sistemas de navegación por satélite (satnav), los seres humanos ya no dependen de las estrellas para guiarlos a través de un terreno no familiar. Muchos de nosotros estamos familiarizados con el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) que localiza nuestra posición en la tierra. Es un sistema de tres partes que incluye satélites, estaciones terrestres y receptores. El GPS utiliza microondas con cada señal que tiene una frecuencia, longitud de onda, amplitud, fase o alguna combinación de estos parámetros únicos. Las señales de microondas emitidas por estos satélites se utilizan para calcular la distancia entre ellos (al menos tres satélites), y también desde el dispositivo cuya ubicación están midiendo. Este proceso se conoce como Trilateración. Hoy en día, hay varios sistemas de navegación por satélite regionales como el GPS de los Estados Unidos, el NAVIC de la India, el GLONASS de Rusia, el Sistema de Navegación BieDuo de China, el Galileo de la Unión Europea, etc.

3. Radar

La tecnología de microondas ha sido una parte integral de varias aplicaciones militares desde el comienzo de la Segunda Guerra Mundial. De hecho, la tecnología de microondas se considera ampliamente como algo que cambió el curso de la Segunda Guerra Mundial. En particular, el dispositivo que incorporó la tecnología de microondas fue el radar (Detección y alcance por Radio). Es una técnica de radiolocalización en la que se emite un haz de onda de radio y se recolecta después de que rebota de cualquier obstáculo en el camino. Antes de la Segunda Guerra Mundial, las ondas de radio de onda corta, con frecuencias que oscilaban entre 3 y 30 MHz, se utilizaban para la detección de aviones, barcos y otros buques de artillería. Con el avance de la tecnología de la fuerza aérea, estas frecuencias no eran tan eficientes para la defensa. Aunque las microondas de largo alcance se habían descubierto mucho antes de la Segunda Guerra Mundial, las herramientas necesarias para su generación no estaban disponibles hasta 1920, cuando Albert Hull, un físico estadounidense, descubrió por primera vez el magnetrón de cavidad. El magnetrón del casco se probó como amplificador en receptores de radio y también como oscilador de baja frecuencia. Se encontró que generaba una potencia de 15 kW a una frecuencia de 20 kHz. Durante la Segunda Guerra Mundial, John Randall y Harry Boot construyeron el moderno magnetrón de cavidad basado en el concepto de Hull, el primer dispositivo que podía producir frecuencias de microondas de alta potencia, dando como resultado un radar de banda centimétrica. Hoy en día, su tecnología se está utilizando en varios sectores de diversas industrias, incluida la ubicación de aeronaves, la navegación de tráfico marítimo, por meteorólogos para operaciones de pronóstico del tiempo y también por agentes de la ley para controlar los vehículos con exceso de velocidad midiendo el efecto doppler.

4. Espectroscopia

La espectroscopia es una técnica analítica basada principalmente en la interacción de la materia con radiaciones electromagnéticas. Es una de las herramientas más importantes para comprender la estructura y el comportamiento de las moléculas. Los átomos y las moléculas cambian de estado cuando interactúan con las radiaciones electromagnéticas. El cambio se puede observar como la emisión de fotones, causando un cambio en algunas de las propiedades específicas del átomo o molécula en estudio. El uso de microondas para espectroscopia se refiere principalmente a la transición de los niveles de energía rotacional en las moléculas; sin embargo, solo las moléculas con un dipolo permanente que cambia durante la rotación pueden investigarse mediante espectroscopia de microondas. Esto se debe a que debe haber una diferencia de carga a través de la molécula para que el campo oscilante del fotón imparta un par sobre la molécula alrededor de un eje que es perpendicular a este dipolo y que pasa a través del centro de masa de la molécula. La espectroscopia de microondas utiliza los fotones en la región de microondas para causar transiciones entre los niveles de energía de rotación cuántica de las moléculas. Una de las técnicas de espectroscopia más utilizadas que incorpora frecuencia de microondas es:

ESR o EPR: La Resonancia de Espín de Electrones, también conocida como Resonancia Paramagnética de Electrones, es una técnica de espectroscopia utilizada para estudiar las moléculas con electrones no emparejados. Cuando se aplica un campo magnético a tal electrón, ejerce un par en el momento dipolar del electrón (el momento dipolar del electrón surge del momento angular intrínseco, o «espín» del electrón). Este par causa la división de las líneas espectrales de otra manera nítidas asociadas con el número cuántico principal n en múltiples líneas estrechamente espaciadas asociadas con el número cuántico de espín, especificando la orientación del electrón en el espacio (Efecto Zeeman). Cuando se aplican microondas a un sistema de este tipo, un fotón de microondas es absorbido por el electrón, causando la transición entre dos estados cuánticos de espín, satisfaciendo la condición de resonancia. Ayuda en la determinación del factor g de Lande midiendo el campo y la frecuencia a la que se produce la resonancia, lo que a su vez proporciona información sobre la naturaleza del orbital atómico o molecular que contiene el electrón no emparejado.

5. Radioastronomía

Desde los albores de la civilización humana, nuestros antepasados estaban fascinados con los diminutos objetos brillantes presentes en el cielo nocturno, que ahora clasificamos como objetos celestes (por ejemplo, estrellas, planetas, lunas, asteroides, etc.).). Gracias a la tecnología de microondas, podemos ampliar el alcance de nuestra comprensión, no solo al presente, sino también al pasado de nuestro universo. La mayoría de nosotros estamos familiarizados con la estática, o el ruido (píxeles en blanco y negro bailando al azar), que vemos en una pantalla de tv analógica cuando no hay una señal específica que pase por la antena parabólica. Teniendo en cuenta todas las interferencias que pueden ocurrir en la atmósfera, una cantidad considerable de la señal para la que esta cuenta estática son las ondas electromagnéticas que caen bajo la región de microondas del espectro. ¿Cuál es la fuente de estos microondas? Bueno, puede que te sorprenda, pero parte de esa estática es una imagen de nuestro universo recién nacido.

El mejor entendimiento que tenemos sobre el origen de nuestro universo es a través de la Teoría del Big Bang. Cuando el Big Bang ocurrió hace 13,8 mil millones de años, el universo entero llegó a existir como una gota de una enorme cantidad de energía. Alrededor de 400.000 años después, era una esfera caliente y densa de plasma sobrealimentado con varios miles de grados de temperatura. Al igual que cada cosa caliente emite luz, este plasma iónico superhot también emitía radiaciones electromagnéticas y como la temperatura era demasiado alta para que se formaran átomos neutros, estas radiaciones electromagnéticas no podían viajar muy lejos antes de encontrarse con un electrón y rebotar. A medida que esta temperatura se enfriaba por debajo de la marca de 3 3000K, los átomos neutros comenzaron a formarse, permitiendo que la radiación electromagnética previamente atrapada se expandiera hasta donde llega el universo. La longitud de onda de la radiación electromagnética cambia a medida que viajan a través del universo en expansión (corrimiento al rojo cosmológico). Dados los 13 mil millones de años de expansión, esa luz atrapada ahora está presente en todas partes del universo como la Radiación de Fondo Cósmico de Microondas (la luz más antigua del universo). En 2003, la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) mapeó el patrón de pequeñas fluctuaciones en la radiación del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) y produjo el primer mapa de cielo completo de resolución fina (0,2 grados) del cielo de microondas. El descubrimiento de la radiación de fondo cósmico de microondas, considerada como evidencia de la teoría del Big Bang, se realizó a través de la radioastronomía. Además de recibir radiación de microondas natural, se han utilizado radiotelescopios en experimentos de radar activo para hacer rebotar microondas en planetas del sistema solar, para determinar la distancia a la Luna, o mapear la superficie invisible de Venus a través de la cubierta de nubes.

6. Ablación por microondas

Desde el punto de vista de que las microondas son de naturaleza no ionizante, se pueden emplear de forma segura para aplicaciones medicinales. Tienen energía lo suficientemente significativa como para penetrar el tejido sin causarle ningún daño. Una de las aplicaciones más destacadas de las microondas en el campo de la medicina es la ablación por microondas (ablación es un término utilizado en medicina para describir la extracción de tejido mediante cirugía o técnicas menos invasivas). Es una forma de radiografía intervencionista que ayuda en el tratamiento de tumores benignos y cáncer. En este proceso, la energía de microondas se utiliza para crear calentamiento dieléctrico localizado para desecar los tejidos no deseados. Las áreas médicas comunes de aplicación incluyen oncología, cardiología, ginecología, rizotomía, otorrinolaringología (otorrinolaringología), oftalmología, tratamientos cosméticos y tratamientos dentales. Los pacientes con cáncer que son candidatos quirúrgicos deficientes también pueden beneficiarse de la ablación por microondas, ya que es mínimamente invasiva. Otro factor importante es la disponibilidad de una frecuencia que se puede decidir en función del tamaño del tumor; sin embargo, al usar microondas para tratar cualquier afección, es vital tener en cuenta las propiedades dieléctricas cambiantes del tejido durante el tratamiento. Cualquier imprecisión en estas mediciones tiene el potencial de resultar en una potencia insuficiente que resulta en un tratamiento deficiente o en una potencia excesiva que inadvertidamente causa lesiones graves al paciente.

7. Horno de microondas

El horno de microondas es un subproducto bien conocido de la tecnología de radar mencionada anteriormente. Los tubos de magnetrón, que se utilizaron inicialmente en el desarrollo de radares militares de largo alcance, obtuvieron su aplicación comercial después de la Segunda Guerra Mundial. Aunque la comunidad científica estaba familiarizada con las características de calentamiento de las ondas de radio desde la década de 1920, no fue hasta 1945 que Percy Spencer, un ingeniero estadounidense autodidacta, descubrió accidentalmente el efecto térmico de un haz de microondas de alta potencia. El 8 de octubre de 1945, Spencer patentó el proceso de cocción por microondas y un horno bajo la compañía Raytheon. Para obtener una descripción detallada del funcionamiento del horno de microondas, consulte el Principio de funcionamiento del horno de microondas.