Волны свч: СВЧ — волны. Свойства микроволн.

Содержание

СВЧ — волны. Свойства микроволн.

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth, системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине. По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.

Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.

Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот.

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.

Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа. Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ. Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие «корпоративные войны» между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью. К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу. Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь. Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 2050 мВт/см2 при действии излучения в течение нескольких секунд. Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую «лучевую пушку». Так в Соединённых штатах разработана установка, которая «стреляет» узконаправленным СВЧ-лучом.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской. Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность «стрельбы» составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел. Вся установка базируется на армейском хаммере.

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды. Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено. Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз. Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку «отпугивателя демонстрантов» будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия. Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см2. Норма составляет 10 мкВт/см2.

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге «Мозг в электромагнитных полях» (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит «швырнуть камень в огород» мобильного интернета при использовании смартфона или планшета. Если вы «сидите в интернете», то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен. Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять «проблемы» по «мере сил и возможностей». Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр. Это как пить яд малыми дозами.

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН, частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн. Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается. Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами. К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров. Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиолокация.

Волны дециметрово-сантиметрового диапазона оставались предметом чисто научного любопытства до начала Второй мировой войны, когда возникла настоятельная необходимость в новом и эффективном электронном средстве раннего обнаружения. Только тогда начались интенсивные исследования СВЧ-радиолокации, хотя принципиальная ее возможность была продемонстрирована еще в 1923 в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США. Суть радиолокации в том, что в пространство испускаются короткие, интенсивные импульсы СВЧ-излучения, а затем регистрируется часть этого излучения, вернувшаяся от искомого удаленного объекта – морского судна или самолета. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ.

Связь.

Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами ок. 50 км. Параболические или рупорные антенны, смонтированные на башнях, принимают и передают дальше СВЧ-сигналы. На каждой станции перед ретрансляцией сигнал усиливается электронным усилителем. Поскольку СВЧ-излучение допускает узконаправленные прием и передачу, для передачи не требуется больших затрат электроэнергии.

Хотя система башен, антенн, приемников и передатчиков может показаться весьма дорогостоящей, в конечном счете все это с лихвой окупается благодаря большой информационной емкости СВЧ-каналов связи. Города Соединенных Штатов соединены между собой сложной сетью более чем из 4000 ретрансляционных СВЧ-звеньев, образующих систему связи, которая простирается от одного океанского побережья до другого. Каналы этой сети способны пропускать тысячи телефонных разговоров и многочисленные телевизионные программы одновременно.

Спутники связи.

Система ретрансляционных радиобашен, необходимая для передачи СВЧ-излучения на большие расстояния, может быть построена, конечно, только на суше. Для межконтинентальной же связи требуется иной способ ретрансляции. Здесь на помощь приходят связные искусственные спутники Земли; выведенные на геостационарную орбиту, они могут выполнять функции ретрансляционных станций СВЧ-связи.

Электронное устройство, называемое активно-ретрансляционным ИСЗ, принимает, усиливает и ретранслирует СВЧ-сигналы, передаваемые наземными станциями. Первые экспериментальные ИСЗ такого типа («Телстар», «Релэй» и «Синком») успешно осуществляли уже в начале 1960-х годов ретрансляцию телевизионного вещания с одного континента на другой. На основе этого опыта были разработаны коммерческие спутники межконтинентальной и внутренней связи. Спутники последней межконтинентальной серии «Интелсат» были выведены в различные точки геостационарной орбиты таким образом, что зоны их охвата, перекрываясь, обеспечивают обслуживание абонентов во всем мире. Каждый спутник серии «Интелсат» последних модификаций предоставляет клиентам тысячи каналов высококачественной связи для одновременной передачи телефонных, телевизионных, факсимильных сигналов и цифровых данных.

Термообработка пищевых продуктов.

СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

Научные исследования.

СВЧ-излучение сыграло важную роль в исследованиях электронных свойств твердых тел. Когда такое тело оказывается в магнитном поле, свободные электроны в нем начинают вращаться вокруг магнитных силовых линий в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Частота вращения, называемая циклотронной, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна эффективной массе электрона. (Эффективная масса определяет ускорение электрона под воздействием какой-либо силы в кристалле. Она отличается от массы свободного электрона, которой определяется ускорение электрона под действием какой-либо силы в вакууме. Различие обусловлено наличием сил притяжения и отталкивания, с которыми действуют на электрон в кристалле окружающие атомы и другие электроны.) Если на твердое тело, находящееся в магнитном поле, падает излучение СВЧ-диапазона, то это излучение сильно поглощается, когда его частота равна циклотронной частоте электрона. Данное явление называется циклотронным резонансом; оно позволяет измерить эффективную массу электрона. Такие измерения дали много ценной информации об электронных свойствах полупроводников, металлов и металлоидов.

Излучение СВЧ-диапазона играет важную роль также в исследованиях космического пространства. Астрономы многое узнали о нашей Галактике, исследуя излучение с длиной волны 21 см, испускаемое газообразным водородом в межзвездном пространстве. Теперь можно измерять скорость и определять направление движения рукавов Галактики, а также расположение и плотность областей газообразного водорода в космосе.

ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Двумя главными недостатками триода как СВЧ-генератора являются конечное время пролета электрона и межэлектродная емкость. Первый связан с тем, что электрону требуется некоторое (хотя и малое) время, чтобы пролететь между электродами вакуумной лампы. За это время СВЧ-поле успевает изменить свое направление на обратное, так что и электрон вынужден повернуть обратно, не долетев до другого электрода. В результате электроны без всякой пользы колеблются внутри лампы, не отдавая свою энергию в колебательный контур внешней цепи.

Магнетрон.

В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора. Подобно тому как у органной трубы данного размера имеются собственные акустические резонансные частоты, так и у объемного резонатора имеются собственные электромагнитные резонансы. Стенки резонатора действуют как индуктивность, а пространство между ними – как емкость некой резонансной цепи. Таким образом, объемный резонатор подобен параллельному резонансному контуру низкочастотного генератора с отдельными конденсатором и катушкой индуктивности. Размеры объемного резонатора выбираются, конечно, так, чтобы данному сочетанию емкости и индуктивности соответствовала нужная резонансная сверхвысокая частота.

В магнетроне (рис. 1) предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. При этом электроны, испускаемые катодом, под действием магнитного поля вынуждены двигаться по круговым траекториям. Их скорость такова, что они в строго определенное время пересекают на периферии открытые пазы резонаторов. При этом они отдают свою кинетическую энергию, возбуждая колебания в резонаторах. Затем электроны возвращаются на катод, и процесс повторяется. Благодаря такому устройству время пролета и межэлектродные емкости не мешают генерации СВЧ-энергии.

Магнетроны могут быть сделаны большого размера, и тогда они дают мощные импульсы СВЧ-энергии. Но у магнетрона имеются свои недостатки. Например, резонаторы для очень высоких частот становятся столь малыми, что их трудно изготавливать, а сам такой магнетрон из-за своих малых размеров не может быть достаточно мощным. Кроме того, для магнетрона нужен тяжелый магнит, причем требуемая масса магнита возрастает с увеличением мощности прибора. Поэтому для самолетных бортовых установок мощные магнетроны не подходят.

Клистрон.

Для этого электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от катода к отражательной пластине, а затем обратно. При этом они пересекают открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом, что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами, но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд. герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного ватта. Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в соответствии с этим сигналом.

Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда как скорость электронов в луче значительно меньше. Однако, поскольку СВЧ-сигнал вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным прибором СВЧ-техники.

Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены благодаря очень малым расстояниям между электродами. Нежелательные межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей окружности резонатора.

Генератор на диоде Ганна.

Такой полупроводниковый СВЧ-генератор был предложен в 1963 Дж.Ганном, сотрудником Уотсоновского научно-исследовательского центра корпорации ИБМ. В настоящее время подобные приборы дают мощности лишь порядка милливатт на частотах не более 24 млрд. герц. Но в этих пределах он имеет несомненные преимущества перед маломощными клистронами.

Поскольку диод Ганна представляет собой монокристалл арсенида галлия, он в принципе более стабилен и долговечен, нежели клистрон, в котором должен быть нагреваемый катод для создания потока электронов и необходим высокий вакуум. Кроме того, диод Ганна работает при сравнительно низком напряжении питания, тогда как для питания клистрона нужны громоздкие и дорогостоящие источники питания с напряжением от 1000 до 5000 В.

СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Коаксиальные кабели и волноводы.

Для передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона не через эфир, а по металлическим проводникам нужны специальные методы и проводники особой формы. Обычные провода, по которым передается электричество, пригодные для передачи низкочастотных радиосигналов, неэффективны на сверхвысоких частотах.

Любой отрезок провода имеет емкость и индуктивность. Эти т.н. распределенные параметры приобретают очень важное значение в СВЧ-технике. Сочетание емкости проводника с его собственной индуктивностью на сверхвысоких частотах играет роль резонансного контура, почти полностью блокирующего передачу. Поскольку в проводных линиях передачи невозможно устранить влияние распределенных параметров, приходится обращаться к другим принципам передачи СВЧ-волн. Эти принципы воплощены в коаксиальных кабелях и волноводах.

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода и охватывающего его цилиндрического наружного проводника. Промежуток между ними заполнен пластиковым диэлектриком, например тефлоном или полиэтиленом. С первого взгляда это может показаться похожим на пару обычных проводов, но на сверхвысоких частотах их функция иная. СВЧ-сигнал, введенный с одного конца кабеля, на самом деле распространяется не по металлу проводников, а по заполненному изолирующим материалом промежутку между ними.

Коаксиальные кабели хорошо передают СВЧ-сигналы частотой до нескольких миллиардов герц, но на более высоких частотах их эффективность снижается, и они непригодны для передачи больших мощностей.

Обычные каналы для передачи волн СВЧ-диапазона имеют форму волноводов. Волновод – это тщательно обработанная металлическая труба прямоугольного или кругового поперечного сечения, внутри которой распространяется СВЧ-сигнал. Упрощенно говоря, волновод направляет волну, заставляя ее то и дело отражаться от стенок. Но на самом деле распространение волны по волноводу есть распространение колебаний электрического и магнитного полей волны, как и в свободном пространстве. Такое распространение в волноводе возможно лишь при условии, что его размеры находятся в определенном соотношении с частотой передаваемого сигнала. Поэтому волновод точно рассчитывается, так же точно обрабатывается и предназначается только для узкого интервала частот. Другие частоты он передает плохо либо вообще не передает. Типичное распределение электрического и магнитного полей внутри волновода показано на рис. 3.

Чем выше частота волны, тем меньше размеры соответствующего ей прямоугольного волновода; в конце концов эти размеры оказываются столь малы, что чрезмерно усложняется его изготовление и снижается передаваемая им предельная мощность. Поэтому были начаты разработки круговых волноводов (кругового поперечного сечения), которые могут иметь достаточно большие размеры даже на высоких частотах СВЧ-диапазона. Применение кругового волновода сдерживается некоторыми трудностями. Например, такой волновод должен быть прямым, иначе его эффективность снижается. Прямоугольные же волноводы легко изгибать, им можно придавать нужную криволинейную форму, и это никак не сказывается на распространении сигнала. Радиолокационные и другие СВЧ-установки обычно выглядят как запутанные лабиринты из волноводных трактов, соединяющих разные компоненты и передающих сигнал от одного прибора другому в пределах системы.

Твердотельные компоненты.

Твердотельные компоненты, например полупроводниковые и ферритовые, играют важную роль в СВЧ-технике. Так, для детектирования, переключения, выпрямления, частотного преобразования и усиления СВЧ-сигналов применяются германиевые и кремниевые диоды.

Для усиления применяются также специальные диоды – варикапы (с управляемой емкостью) – в схеме, называемой параметрическим усилителем. Широко распространенные усилители такого рода служат для усиления крайне малых сигналов, так как они почти не вносят собственные шумы и искажения.

Твердотельным СВЧ-усилителем с низким уровнем шума является и рубиновый мазер. Такой мазер, действие которого основано на квантовомеханических принципах, усиливает СВЧ-сигнал за счет переходов между уровнями внутренней энергии атомов в кристалле рубина. Рубин (или другой подходящий материал мазера) погружается в жидкий гелий, так что усилитель работает при чрезвычайно низких температурах (лишь на несколько градусов превышающих температуру абсолютного нуля). Поэтому уровень тепловых шумов в схеме очень низок, благодаря чему мазер пригоден для радиоастрономических, сверхчувствительных радиолокационных и других измерений, в которых нужно обнаруживать и усиливать крайне слабые СВЧ-сигналы. См. также КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ.

Для изготовления СВЧ-переключателей, фильтров и циркуляторов широко применяются ферритовые материалы, такие, как оксид магния-железа и железо-иттриевый гранат. Ферритовые устройства управляются посредством магнитных полей, причем для управления потоком мощного СВЧ-сигнала достаточно слабого магнитного поля. Ферритовые переключатели имеют то преимущество перед механическими, что в них нет движущихся частей, подверженных износу, а переключение осуществляется весьма быстро. На рис. 4 представлено типичное ферритовое устройство – циркулятор. Действуя подобно кольцевой транспортной развязке, циркулятор обеспечивает следование сигнала только по определенным трактам, соединяющим различные компоненты. Циркуляторы и другие ферритовые переключающие устройства применяются при подключении нескольких компонентов СВЧ-системы к одной и той же антенне. На рис. 4 циркулятор не пропускает передаваемый сигнал на приемник, а принимаемый сигнал – на передатчик.

В СВЧ-технике находит применение и туннельный диод – сравнительно новый полупроводниковый прибор, работающий на частотах до 10 млрд. герц. Он используется в генераторах, усилителях, частотных преобразователях и переключателях. Его рабочие мощности невелики, но это первый полупроводниковый прибор, способный эффективно работать на столь высоких частотах. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Антенны.

СВЧ-антенны отличаются большим разнообразием необычных форм. Размер антенны приблизительно пропорционален длине волны сигнала, а поэтому для СВЧ-диапазона вполне приемлемы конструкции, которые были бы слишком громоздки на более низких частотах.

В конструкциях многих антенн учитываются те свойства СВЧ-излучения, которые сближают его со светом. Типичными примерами могут служить рупорные антенны, параболические отражатели, металлические и диэлектрические линзы. Применяются также винтовые и спиральные антенны, часто изготавливаемые в виде печатных схем.

Группы щелевых волноводов можно расположить так, чтобы получилась нужная диаграмма направленности для излучаемой энергии. Часто применяются также диполи типа хорошо известных телевизионных антенн, устанавливаемых на крышах. В таких антеннах нередко имеются одинаковые элементы, расположенные с интервалами, равными длине волны, и повышающие направленность за счет интерференции.

СВЧ-антенны обычно проектируют так, чтобы они были предельно направленными, поскольку во многих СВЧ-системах очень важно, чтобы энергия передавалась и принималась в точно заданном направлении. Направленность антенны возрастает с увеличением ее диаметра. Но можно уменьшить антенну, сохранив ее направленность, если перейти на более высокие рабочие частоты.

Многие «зеркальные» антенны с параболическим или сферическим металлическим отражателем спроектированы специально для приема крайне слабых сигналов, приходящих, например, от межпланетных космических аппаратов или от далеких галактик. В Аресибо (Пуэрто-Рико) действует один из крупнейших радиотелескопов с металлическим отражателем в виде сферического сегмента, диаметр которого равен 300 м. Антенна имеет неподвижное («меридианное») основание; ее приемный радиолуч перемещается по небосводу благодаря вращению Земли. Самая большая (76 м) полностью подвижная антенна расположена в Джодрелл-Бенке (Великобритания).

Новое в области антенн – антенна с электронным управлением направленностью; такую антенну не нужно механически поворачивать. Она состоит из многочисленных элементов – вибраторов, которые можно электронными средствами по-разному соединять между собой и тем самым обеспечивать чувствительность «антенной решетки» в любом нужном направлении. См. также АНТЕННЫ.

Учите физику, или Вся правда о микроволновках


Недавно прочла на одном из интернет-форумов дискуссию, которая началась с забавного утверждения: «Микроволновое излучение накапливается в пище и делает её фактически радиоактивной (грубо говоря). Не говоря уже о том, что, когда микроволновка работает, она фонит так, что можно загорать».

Ясно, что автор этих двух фраз плохо учил в школе физику и поэтому очень подвержен влиянию слухов. Приятно было убедиться в том, что другие участники обсуждения оказались либо подкованными в физике, либо умели работать с информацией. И те, и другие с помощью научных фактов убедительно и живо опровергли заблуждение инициатора дискуссии о микроволновках.

 


Скажем, такая запись выглядит вполне здраво: «Излучение нигде не накапливается  и ничего там не фонит, если микроволновка исправна, – сообщил некий Student. – Мы в универе даже лабораторки делали по свч-излучению, экранировали его решеткой, снятой с микроволновки. Не проходит оно сквозь экран».

 

Знай дозу

И точно – излучение не накапливается, и накапливаться не может. Любое излучение высокой энергии (например, рентгеновское) может разрушать отдельные клетки организма. Поэтому и рекомендуют делать рентгеновское обследование не чаще, чем раз в год: за год все разрушенные рентгеновским излучением клетки восстанавливаются. Организм лечит эти повреждения клеток, как царапины: и следов не остается.

Слово «накапливаться» обычно применяют в смысле дозы облучения живого организма, а не пищи. Что при этом имеют в виду? Предположим, врач-рентгенолог будет все время стоять рядом с каждым своим пациентом во время рентгенографии. Это означает, что через организм врача рентгеновское излучение будет проходить несколько раз в день, каждый раз вызывая крошечные разрушения отдельных клеток. Эти-то разрушения и будут накапливаться ежедневно. Чем больше повреждений, тем труднее организму лечить все их одновременно.

Дозой облучения называют энергию, поглощенную единицей массы вещества. Допустимая доза облучения – та, что никак не сказывается на здоровье. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» утверждает, что за всю жизнь (в расчетах принимается 70 лет) человек без вреда для здоровья может получить дозу облучения не более 70 мЗв (миллизивертов). В Дубне естественный радиационный фон не превышает 0,0001 мЗв. Следовательно, чтобы набрать здесь допустимую дозу облучения, не делая рентгеновские снимки и не летая в самолетах, надо прожить 700 тысяч лет. Разовый снимок у зубного врача добавит 0,2  мЗв, рентгеновский снимок легких – 3 мЗв, перелет на самолете – 0,005 мЗв. Если разумно дозировать эти повреждающие нагрузки на организм в течение всей жизни, то никакого вреда для здоровья от них не будет.

В чем разница?

Обязательно напомним, что между рентгеновским и микроволновым излучением есть разница, хотя и то, и другое – электромагнитные волны. Виды электромагнитного излучения отличаются частотой колебаний и длиной волны. Эти две характеристики делят электромагнитное излучение на несколько диапазонов: радиоволны, инфракрасное, видимое (свет), ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение. Наибольшая длина у радиоволн, наименьшая – у гамма-излучения. Чем меньше длина волны, тем больше энергия, которую она несет. Именно поэтому очень опасно для живого организма и ультрафиолетовое, и рентгеновское, и гамма-излучение. Микроволновое излучение находится на границе радиоволн и инфракрасного (теплового) излучения и несет большую энергию, чем безвредные радиоволны. Так что большой опасности микроволны вроде не представляют. И все же в корпусе любой микроволновой печи есть защитный экран, который не дает микроволнам выходить за пределы внутреннего пространства СВЧ-печки. Еще один важный элемент микроволновой печи – дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит в полости, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин. Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в полость печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см. Ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.

Заявление, что микроволны изменяют молекулярную структуру продуктов или делают продукты канцерогенными, тоже неверно. Принцип действия микроволн иной, чем у рентгеновских лучей или у ионизирующих излучений, и сделать продукты канцерогенными они не могут. Напротив, поскольку приготовление пищи при помощи микроволн требует очень небольшого количества жиров, готовое блюдо содержит меньше перегоревшего жира с измененной при тепловой обработке молекулярной структурой. Поэтому приготовление пищи с помощью микроволн полезнее для здоровья и не представляет для человека никакой опасности.

ВОЗ не возражает

И все же мифы о вреде микроволновых печей оказались настолько распространенными и живучими, что в дискуссию пришлось «вмешаться» Всемирной организации здравоохранения. В 2008 году ВОЗ выдала вердикт: в СВЧ используется излучение, не оказывающее вредного влияния ни на человека, ни на еду. Единственное «но»: вживленные сердечные стимуляторы могут быть чувствительны к интенсивности потока микроволн. Поэтому ВОЗ рекомендует тем, у кого есть кардиостимуляторы, отказаться от микроволновок.

А вот мнение директора магазина «М.Видео» в Дубне Дениса Новикова: «Само по себе СВЧ-излучение может негативно влиять на здоровье, однако от этого влияния человека надежно защищают корпус микроволновки и специальное стекло на ее дверце. Т.е. это то же самое, что и плита – она опасна, только если туда ребенок будет совать руки. Специально засунуть руку в микроволновку не получится: в любой модели дверца снабжена блокиратором, и открыть ее во время работы печи нельзя. А вот если корпус или стекло повреждены, или же имеется другая неисправность, то пользоваться таким прибором не следует. Не стоит также самим пытаться чинить микроволновку: делать это должен специалист».

Подготовила Галина Галкина

НЕКОТОРЫЕ МИФЫ О МИКРОВОЛНОВКАХ

…железная тарелка может спровоцировать взрыв большой мощности. На самом деле, в худшем случае, она вызовет повреждение магнетрона из-за искрения.

…если долго держать включенной микроволновую печь на большой мощности, она своим мощным электромагнитным излучением может вывести из строя все электроприборы в радиусе нескольких метров. На самом деле, электромагнитное излучение вне рабочей камеры не больше, чем от задней стенки системного блока компьютера, правда, вблизи она все-таки может помешать приему сигнала сотовым телефоном на близкой частоте. Некоторые модели печей могут создавать помехи Wi-Max, Wi-Fi и Bluetooth.

…впервые СВЧ-печь, под названием «Radiomissor», была якобы разработана немецкими учеными во время Второй мировой войны, она даже будто бы применялась в действующей немецкой армии для разогрева продуктов питания, но оказалась небезопасной и от нее отказались (российские сайты при этом ссылаются на зарубежные, а зарубежные — на российские исследования, проведенные в несуществующих российских городах Кинск и Раджастан).


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ …

что в микроволновой печи можно разогревать любое молоко без всякого ущерба для его питательных свойств? Единственное исключение – свежесцеженное грудное молоко: под воздействием микроволн оно утрачивает содержащиеся в нем компоненты, жизненно необходимые младенцу.

ЧТО НЕЛЬЗЯ ПОМЕЩАТЬ В СВЧ-ПЕЧЬ

…посуду с золотыми или иными металлическими ободками, металлические предметы. Переменное электрическое поле микроволнового излучения приводит к появлению в металлических предметах наведенных токов. Сами по себе эти токи ничего страшного не представляют, но  их плотность может оказаться столь высокой, что ободок, а с ним и посуда, перегреется и разрушится.

…плотно закрытые емкости: бутылки, консервные банки, контейнеры с продуктами и т.п., а также яйца (неважно, сырые или вареные). Все перечисленные предметы при нагреве могут разорваться и привести печь в негодность.

… нельзя, чтобы в микроволновке была… пустота. Иными словами, нельзя включать пустую печь, без единого предмета, который поглощал бы микроволны. В качестве минимальной загрузки печи при любом ее включении (например, при проверке работоспособности) принята простая и всем понятная единица: стакан воды.

Свч диапазон частот: что это такое?

Радиоволны

Радиоволны широко используются в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии, ядерной физике, металлургической промышленности (при сварке, закалке, плавке, выбраковке металлических изделий, склейке пластмасс и деревянных изделий и т. д.).

В настоящее время принята следующая классификация радиочастот (таблица 1).

Таблица 1

ЧастотыВысокие частоты (ВЧ)Ультравысокие частоты (УВЧ)Сверхвысокие частоты (СВЧ)

100 кГц— 30 МГц 30—300 МГц 300—300 000 МГц
Длины волн Длинные Средние Короткие Ультракороткие Микроволны
дециметровые сантиметровые миллиметровые
3—1 км 1 км — 100 м 100—10 м 10—1 м 1 м—10 см 10—1 см 1 см— 1 мм

Радиоволны в медицине используют для лечебных целей в форме синусоидальных модулированных токов (5 кГц), терапии надтональной частотой (20 кГц), дарсонвализации (110 кГц), диатермии (1,5—1,8 МГц), индуктотермии (13,56 и 40,68 МГц), УВЧ-терапии (40,68 МГц), дециметровой терапии (460 МГц) и микроволновой терапии (2375 МГц) — см. Дарсонвализация, Диатермия, Импульсный ток, Индуктотермия, Микроволновая  терапия,   УВЧ-терапия.

Профессиональные вредности радиоволн. Искусственными источниками электромагнитных полей ВЧ, УВЧ, СВЧ могут являться различные типы генераторов, индукторы, блоки передатчиков, фидерные линии, конденсаторы, антенные системы и др. Лица, работающие с генераторами и передающей системой электромагнитных колебаний радиочастот, могут подвергаться воздействию различных диапазонов ВЧ, УВЧ, СВЧ. При конструировании, испытании, настройке и эксплуатации станций, отдельных блоков, генерирующих электромагнитную энергию, возможно излучение волн в рабочее помещение. Это бывает при плохой экранировке блоков передатчиков, волноводных трактов, нерациональном расположении антенно-фидерных систем и т. п., а также при нарушении техники безопасности. Иногда возможно облучение персонала и населения, не связанного профессионально с излучающей аппаратурой, но попадающего под воздействие радиоволн от мощных антенных систем.

Интенсивность полей ВЧ и УВЧ принято оценивать по напряженности электрической (Е) и магнитной (И) составляющих. Для Е интенсивность выражается в вольтах на 1 м (в/м), для Я — в амперах на 1 л (а/м). В диапазоне СВЧ интенсивность облучения оценивается по плотности потока мощности (ППМ) и выражается в ваттах на 1 см2 (Вт/см2), милливаттах (мвт/см2), микроваттах (мквт/см2).

Измерение напряженности ВЧ и УВЧ осуществляется прибором ИЭМП-1, в диапазоне СВЧ по плотности потока мощности — прибором ПО-1.

В целях предотвращения переоблучения и сохранения здоровья трудящихся в СССР введены «Санитарные нормы и правила при работе с источниками электромагнитных полей высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот», устанавливающие предельно допустимые уровни (таблица 2).

Таблица 2 ДиапазонПредельно допустимые уровнипо Епо НПлотность потока мощности

По электрической составляющей
100 кГц—30 МГц (ВЧ)
30—300 МГц (УВЧ)
По магнитной составляющей
100 кГц — 1,5 МГц
По СВЧ
300—300 000 МГц
в течение рабочего дня
в течение 2 часовв
течение 15—20 минут

для населения и лиц, профессионально не связанных с СВЧ-облучением

20 В/м
5 В/м




5 А/м




Не более 10 мкВт/см2
Не более 100 мкВт/см2
Не более 1000 мкВт/см2 с обязательным применением защитных очков

1 мкВт/см2

Систематическое облучение радиоволнами с уровнями, превышающими допустимые, может привести к значительным изменениям некоторых систем организма человека.

Отмечается развитие астенического синдрома различной степени выраженности. При этом характерны жалобы на головные боли, понижение работоспособности, расстройство сна, раздражительность, повышенную потливость, ослабление памяти, иногда снижение половой потенции. При длительных и частых облучениях выше предельно допустимых уровней могут возникать тремор век и пальцев вытянутых рук, повышение сухожильных рефлексов, вегетативные расстройства (красный стойкий дермографизм, акроцианоз, гипергидроз и др.), чувство страха, галлюцинации, обморочное состояние и др. Результаты электроэнцефалограммы указывают на функциональные сдвиги в виде развития торможения в корковых клетках.

Со стороны сердечно-сосудистой системы изменения чаще идут по типу нейроциркуляторной дистонии с характерными жалобами: боли в области сердца, одышка, особенно при физической нагрузке, ощущение сердцебиения и «замирания» сердца. Объективно: брадикардия, гипотония, приглушение первого тона сердца, иногда систолический шум на верхушке, синусовая аритмия, признаки гипоксии миокарда и др. Иногда наблюдается лейкопения, относительный лимфоцитоз, эозинофилия, увеличение числа эритроцитов. Однако изменения состава периферической крови не являются стойкими, а иногда по своим показателям противоречивы.

Отмечаются слезотечение, резь в глазах, ощущение «песка» за веками конъюнктивиты. При грубых нарушениях техники безопасности при работе с источниками излучения, главным образом СВЧ диапазона, может развиться катаракта.

Со стороны эндокринной системы отмечено усиление функции гипофиза и коры надпочечников, а также повышение активности щитовидной железы.

Необходимо иметь в виду, что клиническая   картина   при воздействии электромагнитных излучений различных   диапазонов (ВЧ, УВЧ, СВЧ) имеет свои особенности и может значительно варьировать. Все  вышеперечисленные изменения в большинстве  своем обратимы.

Профилактика: при проектировании, размещении, строительстве, приемке и эксплуатации всех типов станций радиочастотного диапазона для предотвращения переоблучения людей необходимо особое внимание уделять экранировке рабочего места или обеспечению дистанционного управления, рациональному размещению блоков приемопередающей аппаратуры, сокращению времени пребывания людей в местах вероятного облучения в соответствии с нормативами, использованию при необходимости индивидуальных средств защиты (комбинезоны, очки и др.). Систематические измерения интенсивности ВЧ—УВЧ и СВЧ-полей.

При приеме на работу проводятся обязательные предварительные медосмотры. Периодические медосмотры по показаниям, но не реже 1 раза в год. Лица с наличием выраженного воздействия электромагнитных полей радиочастот, а также с общими заболеваниями, течение которых может ухудшиться в условиях хронического воздействия полей радиочастот, и женщины в период беременности и кормления переводятся на другую работу.

К работе с источниками электромагнитных полей допускаются только лица старше 18 лет. Как лечебные средства применяются общеукрепляющие, тонизирующие и симптоматические препараты.

Что такое микроволны?

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth, системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине.

По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона.

Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.

Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие.

Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч.

Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле.

Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.

Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи.

Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот.

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте.

В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.

Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа.

Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ.

Особенности построения техники СВЧ

Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие «корпоративные войны» между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью.

К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу.

Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь.

Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 2050 мВт/см2 при действии излучения в течение нескольких секунд.

Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую «лучевую пушку».

Так в Соединённых штатах разработана установка, которая «стреляет» узконаправленным СВЧ-лучём.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской.

Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность «стрельбы» составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел.

Вся установка базируется на армейском хаммере.

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды.

Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено.

Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз.

Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку «отпугивателя демонстрантов» будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия.

Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR.

SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм.

Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг.

В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см2. Норма составляет 10 мкВт/см2.

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге «Мозг в электромагнитных полях» (Ю.

А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил.

Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку.

По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит «швырнуть камень в огород» мобильного интернета при использовании смартфона или планшета.

Если вы «сидите в интернете», то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен.

Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять «проблемы» по «мере сил и возможностей». Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр.

Это как пить яд малыми дозами.

Радиоволны сверхвысоких частот (СВЧ)

Сверхвысоких частот диапазон, частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн.

Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается. Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами.

К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров.

Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ЭМИ может быть непрерывным или прерывистым (импульсным). Последний режим позволяет создавать значительную мощность в каждом отдельном импульсе. Электромагнитное поле характеризуется векторами напряженности электрического (Е) и магнитного (Н) полей. При частоте колебаний ниже 300 мГц в качестве характеристики ЭМ-поля принимается силовая характеристика — напряженность электрического поля, В/м или напряженность магнитного поля — А/м.

При частоте колебаний выше 300 мГц поле оценивается энергетической характеристикой — плотность потока энергии (ППЭ), Вт/м кв. (или ее производными мВт/см2, мкВт/см2).
Для количественной оценки поглощенной энергии введено понятие удельной поглощенной мощности — УПМ (SAR — specific absorpion rate — американских авторов).

Под УПМ понимается количество поглощаемой мощности приходящейся на единицу массы тела, то есть — это усредненная величина, характеризующая скорость поступления энергии СВЧ-поля в поглощающее тело и представляемая как мощность отнесенная к объему — Вт/м3(мВт/см3) или массе — Вт/кг (мВт/г).

Установлено, что предельной для терморегуляции человека является 4 Вт/кг, а ПДУ — 0,4 Вт/кг.
Проблема метрологической оценки поглощенной человеком ЭМ мощности (и энергии) достаточно сложна.

Особенности СВЧ диапазона и его использование

В настоящее время аппаратура для измерений поглощенной ЭМ мощности человеком, облученным СВЧ-полем в свободном пространстве, пока еще не разработана.

Оценку воздействия проводят по измеренной падающей на человека ППЭ и на ее основе методами математических моделей рассчитывают УПМ.

Для измерений падающей мощности непрерывных СВЧ-излучений используются отечественные измерители типа ПЗ-9 и ПЗ-16, которые также обеспечивают возможность оценки средней мощнос-ти импульсных излучений.

Механизм биологического действия СВЧ-радиоволн

Известно, что эффект воздействия СВЧ ЭМ-поля на биологические объекты в известной степени определяется количеством проникающей в них и поглощаемой ими электромагнитной энергии.

Значительная часть энергии микроволн поглощается тканями организма и превращается в тепло, что объясняют возникновением колебания ионов и дипольных молекул воды, содержащихся в тканях. Наиболее эффективное поглощение микроволн отмечается в тканях с большим содержанием воды: кровь, тканевая жидкость, слизистая желудка, кишок, хрусталик глаза и др.
Нагрев тканей в СВЧ-поле является наиболее простым и очевидным эффектом действия микроволн на организм человека.

Положение максимума температуры, его удаление от поверхности тела зависит от проводимости среды, а, следовательно, и от частоты радиоволны, действующей на ткань: с увеличением частоты (укорочением волны) максимум температуры приближается к поверхности.
Принято различать тепловое действие микроволн — при ППЭ, превышающей 10 мВт/см2, и нетепловое — при ППЭ ниже 10 мВт/см2.

Такое деление условно, так как в действительности имеет место и то и другое действие.

Первичный механизм теплового действия изучен довольно обстоятельно. Обнаружено, что температурное распределение, которое устанавливается в живом организме под действием микроволн, зависит не только от длины волны, интенсивности излучаемой энергии (ППЭ) и продолжительности воздействия, но и от ряда других факторов, главными из которых являются теплообмен на поверхности нагреваемого объекта (естественное или принудительное охлаждение), тканевая структура объекта (однородность или слоистое строение), интенсивность кровоснабжения в нагреваемой области и др.
Изучение механизма нетеплового действия выдвигает гораздо более трудные задачи.

Само нетепловое или как его называют специфическое действие не является столь бесспорным как тепловое действие микроволн. Специфическим нетепловое действие называют на основании предположения о существовании каких-либо первичных механизмов взаимодействия, специфических именно для ЭМИ СВЧ. Сказать что-либо вполне определенное о микроприроде специфического действия микроволн на основании имеющихся материалов трудно и, тем не менее, данные, подтверждающие действие СВЧ-поля без нагрева, существуют.

Они были получены из наблюдений за реакциями целостных организмов на воздействие микроволн небольшой интенсивности.

В настоящее время существует три теории нетермического действия микроволн на организм. Эффекты слабых полей объясняют кооперативными процессами, основанными на резонансных взаимодействиях биологических макромолекул.

Считается, что ими являются белковые молекулы, входящие в состав мембраны.
Нетепловые резонансные эффекты миллиметровых волн связывают с синхронизацией существующих в норме несфазированных колебаний множества осцилляторов живой клетки (например, колебания групп тема в молекуле гемоглобина эритроцита или колебания белковых молекул в мембране).

Для объяснения нетермических эффектов можно привлекается теория Фрелиха, согласно которой при воздействии ЭМ энергии может произойти полярная перестройка биомолекул, способная дать на резонансной частоте колебания большой амплитуды за счет перекачки энергии (по аналогии с химическими лазерами).
Точкой приложения любого патогенного фактора является система регуляции.

Большинство жалоб и объективных данных при синдроме ЭМ воздействия укладывается в картину динамических нарушений регуляторного звена.

В обобщенном виде можно сказать, что последствия ЭМИ-облучения проявляются: угнетением и истощением процессов нервной и эндокринной регуляции; сдвигами в обмене веществ, угнетением синтетических процессов; снижением неспецифической резистентности, ослаблением иммунных процессов; снижением адаптации к факторам окружающей среды.

Следствием перечисленного будут: повышение заболеваемости (общей, инфекционной, соматической), преморбидные состояния; отягощение имеющихся хронических заболеваний; функциональные расстройства в сердечно-сосудистой, кроветворной, генеративной и других системах организма; невротические расстройства; нарушение гормонального баланса, преждевременное старение организма; возможны онкогенные процессы и отдаленные последствия среди потомства.

В ряде случаев влияние ЭМИ не проявляется какой-либо клинической картиной, но изменяет резистентность организма к иным факторам среды. Возможна кумуляция повреждающих эффектов, ведущая к срыву механизмов адаптации. Наиболее выраженные нарушения обнаруживаются при действии сверхвысоких частот; с понижением частоты при эквивалентной энергии излучения глубина ответных реакций уменьшается, но направленность их остается однотипной.

В развитии патологического процесса при действии ЭМИ в его первой фазе отражаются приспособительные реакции на основе усиления деятельности ЦНС, эндокринных желез и нейрогуморальной регуляции.

Вторая фаза процесса — охранительная, сопровождающаяся снижением уровня деятельности различных систем и постепенным истощением резервов. Для третьей фазы характерно развитие декомпенсации — вегетативно-сосудистых кризов.
В целом соматические последствия радиоволнового воздействия с развитием соответствующего синдрома можно трактовать как болезнь системы регуляции.

В связи с отсутствием нозологической формы заболевания электромагнитной природы, при экспертизе профессиональных заболеваний следовало бы отдать приоритет наличию донозологического состояния как показателю нарушения нейроэндокринной регуляции, характерного для ЭМИ.

Реакции организма при радиоволновых (как и при многих других) воздействиях направлены на поддержание гомеостаза и являются суммой эффектов непосредственного действия ЭМИ, реакций противодействия этим эффектам и более медленных, но сильных репаративных процессов (как производного от глубины повреждения и компенсаторных возможностей организма).

Все это и обусловливает неспецифичность картины расстройств ЭМ природы, и проявления болезни будут замаскированы признаками адаптивно-компенсаторного процесса.

Поэтому предпатологическая оценка должна получить новый критерий — донозологические состояния, а в оценке профессиональной патологии важнейшее место следовало бы отдать показателю общей заболеваемости.
Истощение регуляции, угнетение синтетических и иммунных процессов в облученном организме в конечном итоге приведет к ослаблению его резистентности, повышенной общей и инфекционной заболеваемости и к другим, пока еще недостаточно подтвержденным, нарушениям здоровья.

Пониженная адаптация облученного организма к обычным факторам окружающей среды и производства также будет способствовать болезненным реакциям организма на раздражители любой природы. Кроме того, ЭМИ существенно изменяют характер и силу ответной реакции организма.

СВЧ-радиометрия

Интенсивность излучения волн СВЧ-диапазона за счет теплового движения ничтожна.

Непосредственно из формулы Планка, при перепаде температуры относительно окружающей среды на 1 К она составляет всего 2 • 10 13 Вт/м2. Как заметил академик Ю.В. Гуляев, по своей интенсивности это соответствует свету свечи, помещенной на расстояние свыше 10 км.

Эти волны в теле человека затухают слабее, чем инфракрасное излучение. Поэтому с помощью приборов для измерения слабых электромагнитных полей этого диапазона частот, так называемых СВЧ-радиометров, можно измерить температуру в глубине тела человека.

Волны из тела человека принимают посредством контактной антенны — аппликатора.

Дистанционные измерения в этом диапазоне, к сожалению практически невозможны, так как волны, выходящие из тела, сильно отражаются обратно от границы тело-воздух.

Главная трудность при анализе измерений глубинной температуры по радиотепловому излучению на его поверхности состоит в том, что трудно локализовать глубину источника температуры. Для ИК-излучения эта проблема не возникает: излучение поглощается на глубине 100 мкм, так что его источником однозначно является поверхность кожи.

Радиоволны СВЧ-диапазона поглощаются на расстоянии, которое составляет несколько см.

Средняя глубина, с которой измеряется температура, определяется глубиной проникновения d. Она зависит от длины волны и типа ткани. Чем больше в ткани воды (электролита), тем с меньшей глубины можно измерить температур в жировой ткани с низким содержанием воды d = 4-8 см, а и мышечной ткани (с высоким содержанием воды) эта величина уменьшается до значений d = 1,5 — 2 см.

Оптимальными для измерения глубинной температуры являются радиометры с длиной волны в свободном пространстве X = 20 — 40 см: у более коротковолновых устройств глубина проникновения снижается до нескольких миллиметров, то есть они фактически, так же как и ИК-тепловизоры, измеряют температуру кожи, а у более длинноволновых радиометров (А, = 60 см) слишком велик размер антенны и мала пространственная разрешающая способность.

Хотя метод СВЧ-радиометрии измеряет среднюю по глубине температуру в теле человека, сейчас известно, какие органы могут менять температуру, и поэтому можно однозначно связать изменения температуры с этими органами.

Например, изменение температуры во время мышечной работы, очевидно, связано именно с мышечной тканью, изменения глубинной температуры головного мозга, которые достигают 1-2 К, определяются его корой.

Принцип работы микроволновой печи. Справка

Первые СВЧ-печки, предназначавшиеся для армейских столовых и больших ресторанов, были шкафами высотой 175 см и весом 340 кг. Более компактные домашние печки начали производиться с 1955 г.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 г. Первоначально спрос на новое изделие был невысок. В СССР микроволновые печи выпускал завод ЗИЛ.

Принцип действия микроволновой печи строится на обработке продукта, помещенного внутрь прибора, микроволнами (СВЧ-излучение). Эти волны и нагревают пищу.

Микроволны являются одной из форм электромагнитной энергии, как и световые волны или радиоволны. Это очень короткие электромагнитные волны, которые перемещаются со скоростью света (299,79 км/с).

В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом – отрицательный. Подобных молекул в пище предостаточно – это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды – самого распространенного в природе вещества. Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.

В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически. В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, «плюсом» в одну сторону, «минусом» в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на 180 градусов.

Магнетрон, который содержит каждая микроволновая печь, преобразует электрическую энергию в сверх-высокочастотное электрическое поле частотой 2450 мегагерц (МГц) или 2,45 гигагерц (ГГц), которое и взаимодействует с молекулами воды в пище.

Микроволны «бомбят» молекулы воды в пище, заставляя их вращаться с частотой в миллионы раз в секунду, создавая молекулярное трение, которое и нагревает еду.

Это трение наносит значительный ущерб молекулам пищи, разрывая или деформируя их. Проще говоря, микроволновая печь вызывает распад и изменения молекулярной структуры продуктов питания в процессе излучения.

Микроволны работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см. Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов – прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.

При выборе СВЧ печи следует ориентироваться на ее основные характеристики, среди которых – объем камеры, тип управления, наличие гриля, мощность и некоторые другие. Объем камеры определяется по количеству продуктов, вмещающихся в микроволновую печь.

Управление в микроволновых печах бывает трех типов – механическое (самый простой тип управления), кнопочное и сенсорное.

В зависимости от выполняемых функций микроволновки делят на три типа: СВЧ с микроволнами, с грилем и микроволновые печи с грилем и конвекцией.

Что касается дополнительных функций микроволновых печей, то к самым распространенным относятся функции двойного излучения (для равномерного приготовления продукта по объему) и auto-weight, означающая, что электронные датчики взвесят продукт и выберут время приготовления.

Некоторые модели СВЧ печей имеют диалоговый режим, когда на дисплее высвечиваются рекомендации во время приготовления блюда.

Также может быть микроволновая печь со встроенными рецептами приготовления блюд. Чтобы запустить процесс приготовления, нужно указать вид продукта, количество, рецепт. Готовые программы дают возможность выбрать оптимальный режим, точное время приготовления.

Некоторые модели оснащаются портом связи для доступа в интернет. Это дает возможность загружать новые рецепты блюд и получать информацию о его калорийности.

В число принадлежностей к СВЧ-печи могут входить многоуровневая решетка для тарелок, позволяющая разогреть одновременно несколько блюд, и решетка для гриля.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Влияние СВЧ на организм человека.

При воздействии СВЧ-излучения на организм человека
происходит частичное поглощение его энергии тканями тела. Под действием высокочастотных электромагнитных полей
в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся тепловым эффектом.
Длительное и систематическое воздействие на организм СВЧ-излучения вызывает повышенную утомляемость, периодически
появляющуюся головную боль, сонливость или нарушение сна, повышение артериального
давления и боли в области сердца. Под воздействием электромагнитных полей
сверхвысоких частот наблюдаются изменения в крови, увеличение щитовидной
железы, катаракта глаз, а у отдельных лиц — изменения в психической сфере
(неустойчивые настроения, ипохондрические реакции) и трофические явления
(выпадение волос, ломкость ногтей).

Наиболее эффективное поглощение СВЧ-волн отмечается в тканях с большим
содержанием воды: кровь, тканевая жидкость, слизистая желудка, кишок, хрусталик
глаза и др.

Последствия СВЧ-излучения проявляются: угнетением и истощением процессов
нервной и эндокринной регуляции; сдвигами в обмене веществ, угнетением
синтетических процессов; снижением неспецифической резистентности (сопротивляемости),
ослаблением иммунных процессов; снижением адаптации к факторам окружающей
среды. Следствием перечисленного будут: повышение заболеваемости (общей,
инфекционной, соматической), преморбидные состояния; отягощение имеющихся
хронических заболеваний; функциональные расстройства в сердечно-сосудистой,
кроветворной, генеративной и других системах организма; невротические
расстройства; нарушение гормонального баланса, преждевременное старение
организма; возможны онкогенные процессы и отдаленные последствия среди
потомства, кумуляция повреждающих эффектов, ведущая к срыву механизмов
адаптации. Все эти нарушения обнаруживаются при действии сверхвысоких частот.

СВЧ излучение непосредственно нагревает
организм. Ток крови уменьшает нагревание (это относится к органам, богатым
кровеносными сосудами). Но есть органы, например хрусталик, не содержащие
кровеносных сосудов. Поэтому волны СВЧ
приводят к помутнению хрусталика и его разрушению. Эти изменения необратимы.

Облучение СВЧ приводит к ослаблению клеток нашего организма. В генной
инженерии существует такой способ: чтобы проникнуть в клетку, ее слегка
облучают СВЧ волнами и этим
ослабляют клеточные мембраны. Так как клетки практически сломаны, то клеточные
мембраны не могут предохранить клетку от проникновения вирусов, грибков и
других микроорганизмов, также подавляется естественный механизм
самовосстановления.

В 1973г два американских ученых
P.Czerski и W. M.Leach доказали, что СВЧ-волны
вызывают у животных рак.

Далее приводятся высказывания одного врача.

«Специально изучил влияние Wi-Fi точек и роутеров на здоровье, так
как имею двух детей. Нашёл труд – диссертацию, в которой доказывают, что Wi-Fi излучатели (частота 2.4-2.5 ГГц)
оказывают сильное деструктивное влияние на мозг грудного ребёнка, в период его
полного окостенения  черепа до 7 лет.

Так же нашёл заключение
психотерапевтов: при СВЧ-излучении склонность
к самоубийствам и депрессивным синдромам у лиц с психической нестабильностью
увеличилась, тесты проводились в помещении психлечебницы.

А вот очень шокирующее заключение
статистов: умершие, которые  проживали в
Москве и др. крупных городах, квартиры которых были пронизаны 10-ю! и более точками Wi-Fi, в основном все умерли от Рака (поражённые органы абсолютно
разные).

Я сам врач и имею доступ к такого
рода статистике, взял её на кафедре Гигиены и Здоровья. Так вот есть интересные
исследования на кафедре биофизики, по СВЧ-излучению.
СВЧ-излучение ингибирует (подавляет)
выработку клеток Т-киллеров, это клетки крови которые убивают образующиеся
РАКОВЫЕ КЛЕТКИ. А к вашему сведению раковые клетки образуются в организме непрерывно.»

В микроволновой печи скрывается мощное и опасное СВЧ оружие / Хабр

Добрый день, уважаемые хабровчане.

Этот пост будет про недокументированные функции микроволновой печи. Я покажу, сколько полезных вещей можно сделать, если использовать слегка доработанную микроволновку нестандартным образом.

В микроволновке находится генератор СВЧ волн огромной мощности

Мощность волн, которые используются в микроволновке, уже давно будоражит моё сознание. Её магнетрон (генератор СВЧ) выдаёт электромагнитные волны мощностью около 800 Вт и частотой 2450 МГц. Только представьте, одна микроволновка вырабатывает столько излучения, как 10 000 wi-fi роутеров, 5 000 мобильных телефонов или 30 базовых вышек мобильной связи! Для того, что бы эта мощь не вырвалась наружу в микроволновке используется двойной защитный экран из стали.

Вскрываю корпус

Сразу хочу предупредить, электромагнитное излучение СВЧ диапазона может нанести вред вашему здоровью, а высокое напряжение вызвать летальный исход. Но меня это не остановит.
Сняв крышку с микроволновки, можно увидеть большой трансформатор: МОТ. Он повышает напряжение сети с 220 вольт до 2000 вольт, что бы питать магнетрон.

В этом видеоролике я хочу показать, на что способно такое напряжение:

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Техника безопасности

Я настоятельно не рекомендую повторять описанные мною опыты потому, что при работе с СВЧ требуется соблюдать особые меры предосторожности. Все опыты выполнены исключительно с научной и ознакомительной целью. Вред СВЧ излучения для человека ещё не до конца изучен. Когда я близко подходил к рабочему магнетрону я чувствовал тепло, как от духовки. Только изнутри и как бы точечно, волнами. Больше ни какого вреда я не ощутил. Но всё же настоятельно не рекомендую направлять рабочий магнетрон на людей. Из-за термического воздействия может свернуться белок в глазах и образоваться тромб в крови. Так же ведутся споры о том, что такое излучение может вызвать онкологические и хронические заболевания.

Необычные применения магнетрона

1 — Выжигатель вредителей. СВЧ волны эффективно убивают вредителей, и в деревянных постройках, и на лужайке для загара. У жучков под твёрдым панцирем есть влагосодержащее нутро (какая мерзость!). Волны его в миг превращают в пар, при этом не причиняя вреда дереву. Я пробовал убивать вредителей на живом дереве (тлю, плодожорок), тоже эффективно, но важно не передержать потому, что дерево тоже нагревается, но не так сильно.
2 — Плавка металла. Мощности магнетрона вполне хватает для плавки цветных металлов. Только нужно использовать хорошую термоизоляцию.
3 — Сушка. Можно сушить крупы, зерно и т. п. Преимущество этого метода в стерилизации, убиваются вредители и бактерии.
4 — Зачистка от прослушки. Если обработать магнетроном комнату, то можно убить в ней всю нежелательную электронику: скрытые видеокамеры, электронные жучки, радиомикрофоны, GPS слежение, скрытые чипы и тому подобное.
5 — Глушилка. С помощью магнетрона легко можно успокоить даже самого шумного соседа! СВЧ пробивает до двух стен и «успокаивает» любую звуковую технику.

Это далеко не все возможные применения испытанные мной. Эксперименты продолжаются и вскоре я напишу ещё более необычный пост. Всё же хочу отметить, что использовать так микроволновку опасно! Поэтому лучше так делать в случаях крайней необходимости и при соблюдении правил безопасности при работе с СВЧ.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением и микроволнами.

микроволн | Управление научной миссии

Это изображение с доплеровского радара, показанное по телевизору в новостях погоды, использует микроволны для местного прогноза погоды. На снимке видно, как ураган Клодетт обрушивается на берег. Кредит: NOAA

.

СВЧ

Возможно, вы знакомы с микроволновыми изображениями, поскольку они используются в телевизионных новостях о погоде, и вы даже можете использовать микроволновые печи для приготовления пищи. В микроволновых печах используется микроволновая печь длиной около 12 сантиметров, которая заставляет молекулы воды и жира в пище вращаться.Взаимодействие этих молекул, подвергающихся принудительному вращению, создает тепло, и пища готовится.

МИКРОВОЛНОВЫЕ ПОЛОСЫ

Микроволны — это часть или «полоса», находящаяся на более высокочастотном конце радиочастотного спектра, но они обычно отличаются от радиоволн из-за технологий, используемых для доступа к ним. Различные длины волн микроволн (сгруппированные в «поддиапазоны») предоставляют ученым разную информацию. Микроволны средней длины (диапазон C) проникают сквозь облака, пыль, дым, снег и дождь, обнажая поверхность Земли.Микроволны L-диапазона, такие как те, которые используются приемником глобальной системы позиционирования (GPS) в вашем автомобиле, также могут проникать через покров леса для измерения влажности почвы влажных тропических лесов. Большинство спутников связи используют диапазоны C, X и Ku для отправки сигналов на наземную станцию.

СЛЕВА : Спутник ERS-1 излучает волны длиной около 5,7 см (диапазон C). На этом изображении показан морской лед, отколовшийся от берегов Аляски. ЦЕНТР : Спутник JERS использует длины волн около 20 см (L-диапазон).Это изображение реки Амазонки в Бразилии. СПРАВА : Это радиолокационное изображение, полученное с космического корабля «Шаттл». Он также использовал длину волны в L-диапазоне микроволнового спектра. Здесь мы видим компьютерное радиолокационное изображение некоторых гор на окраине Солт-Лейк-Сити, штат Юта.

Микроволны, проникающие сквозь дымку, легкий дождь и снег, облака и дым, полезны для спутниковой связи и изучения Земли из космоса. Прибор SeaWinds на борту спутника Quick Scatterometer (QuikSCAT) использует радиолокационные импульсы в Ku-диапазоне микроволнового спектра.Этот рефлектометр измеряет изменения энергии микроволновых импульсов и может определять скорость и направление ветра у поверхности океана. Способность микроволн проходить сквозь облака позволяет ученым отслеживать условия урагана.

Предоставлено: изображение НАСА любезно предоставлено научной группой QuikSCAT из Лаборатории реактивного движения

.

Японский усовершенствованный сканирующий микроволновый радиометр для EOS (AMSR-E) на борту спутника НАСА Aqua может получать микроволновые измерения с высоким разрешением всего полярного региона каждый день, даже сквозь облака и снегопад.Предоставлено: НАСА / Центр космических полетов Годдарда, Студия научной визуализации

.

АКТИВНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ

Радар считается активной системой дистанционного зондирования, потому что он активно посылает микроволновый импульс и улавливает отраженную обратно энергию. Доплеровский радар, рефлектометры и радиолокационные высотомеры являются примерами активных инструментов дистанционного зондирования, которые используют микроволновые частоты.

Радиолокационный высотомер на борту совместного спутника NASA / CNES (Французское космическое агентство) по изучению топографии поверхности океана (OSTM) / Jason-2 может определять высоту поверхности моря.Этот радарный высотомер излучает микроволны на двух разных частотах (13,6 и 5,3 ГГц) на поверхности моря и измеряет время, необходимое импульсам, чтобы вернуться в космический корабль. Комбинируя данные других инструментов, которые вычисляют точную высоту космического корабля и корректируют влияние водяного пара на пульс, можно определить высоту поверхности моря с точностью до нескольких сантиметров!

Ученые отслеживают изменения высоты поверхности моря по всему миру, чтобы помочь измерить количество тепла, хранящегося в океане, и предсказать глобальные погодные и климатические явления, такие как Эль-Ниньо.Поскольку теплая вода менее плотная, чем холодная, участки с более высокой поверхностью моря обычно теплее, чем с более низкими участками. На изображении высоты поверхности моря (стр. 12) показана область теплой воды в центральной и восточной частях Тихого океана, которая примерно на 10–18 сантиметров выше, чем обычно. Такие условия могут означать Эль Ниньо. Фото: NASA / JPL Ocean Surface Topography Team.

ПАССИВНОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ

Пассивное дистанционное зондирование означает обнаружение электромагнитных волн, исходящих не от самого спутника или прибора.Датчик — это просто пассивный наблюдатель, улавливающий электромагнитное излучение. Пассивные инструменты дистанционного зондирования на борту спутников произвели революцию в прогнозировании погоды, предоставив глобальное представление о погодных условиях и температуре поверхности. С помощью микроволнового тепловизора на борту миссии НАСА по измерению тропических осадков (TRMM) можно собирать данные из-под грозовых облаков, чтобы выявить основную структуру дождя.

Предоставлено: НАСА / Центр космических полетов Годдарда, Студия научной визуализации

.

ПОИСКИ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

В 1965 году, используя длинные микроволны L-диапазона, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, ученые из Bell Labs, совершенно случайно сделали невероятное открытие: они обнаружили фоновый шум с помощью специальной малошумящей антенны.Самым странным в этом шуме было то, что он доносился со всех сторон и, казалось, не сильно отличался по интенсивности. Если бы эти статические помехи исходили от чего-то на нашей планете, например, от радиопередач с ближайшего диспетчерского пункта аэропорта, они бы исходили только с одного направления, а не отовсюду. Ученые Bell Lab вскоре поняли, что они случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение. Это излучение, которое заполняет всю вселенную, является ключом к разгадке его начала, известного как Большой взрыв.

Изображение ниже, полученное с помощью зонда микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP), показывает детальную картину всего неба молодой Вселенной в возрасте 380 000 лет. Этот свет, излучаемый 13,7 миллиардов лет назад, сегодня составляет 2,7 Кельвина. Наблюдаемые колебания температуры +/- 200 микрокельвинов, показанные на изображении в виде цветовых различий, являются зародышами, которые выросли и превратились в скопления галактик.

Предоставлено: НАСА / Научная группа WMAP

.

Начало страницы | Далее: Инфракрасные волны


Цитата
APA

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научных миссий.(2010). Микроволны. Получено [укажите дату — например, 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/06_microwaves

MLA

Управление научной миссии. «Микроволны» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [укажите дату — например, 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/06_microwaves

Что такое микроволны? | Живая наука

Микроволны — это разновидность электромагнитного излучения, равно как и радиоволны, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи.У микроволновых печей есть ряд применений, включая связь, радар и, возможно, наиболее известное большинству людей, приготовление пищи.

Электромагнитное излучение передается волнами или частицами с разными длинами волн и частотами. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр электромагнитного спектра). Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Обычные обозначения — это радиоволны, микроволны, инфракрасный (ИК), видимый свет, ультрафиолет (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.Микроволны попадают в диапазон электромагнитного спектра между радио- и инфракрасным светом.

Электромагнитный спектр, от самых высоких до самых низких частот. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Микроволны имеют частоты в диапазоне от примерно 1 миллиарда циклов в секунду или 1 гигагерц (ГГц) до примерно 300 гигагерц и длины волн от примерно 30 сантиметров (12 дюймов) до 1 миллиметра (0,04 дюйма), согласно в Британскую энциклопедию. В соответствии с книгой Джинджер Батчер «Путешествие по электромагнитному спектру» этот регион делится на несколько диапазонов с такими обозначениями, как L, S, C, X и K.»

Связь и радар

По данным Федеральной комиссии по связи (FCC), микроволны используются в основном в системах связи точка-точка для передачи всех типов информации, включая голос, данные и видео, как в аналоговом, так и в цифровом форматах. Они также используются для диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) для удаленного оборудования, переключателей, клапанов и сигналов.

Еще одно важное применение микроволн — радар. Слово «радар» изначально было аббревиатурой от RAdio Detection And Ranging.До Второй мировой войны британские радиоинженеры обнаружили, что коротковолновые радиоволны могут отражаться от удаленных объектов, таких как корабли и самолеты, а возвращаемый сигнал может быть обнаружен с помощью высокочувствительных направленных антенн, чтобы можно было определить присутствие и местоположение этих объектов. . Использование термина «радар» стало настолько распространенным, что теперь это слово само по себе, и может относиться к системам, использующим микроволны или радиоволны.

Малоизвестным историческим фактом является то, что ранняя радарная установка была построена на мысе Кахуку на самой северной оконечности острова Оаху.Согласно веб-сайту штата Гавайи, станция фактически обнаружила первую волну японских самолетов, направлявшихся для атаки на Перл-Харбор, когда они находились на расстоянии 132 миль (212 километров). Однако, поскольку система проработала всего две недели, она была признана ненадежной, и предупреждение было проигнорировано. В ходе войны радар был усовершенствован и усовершенствован, и с тех пор он стал важным элементом национальной обороны и управления гражданским воздушным движением.

Радар нашел много других применений, в некоторых из которых используется эффект Доплера.Пример эффекта Доплера может быть продемонстрирован на приближающейся машине скорой помощи: когда она приближается, звук сирены, кажется, усиливается, пока он не пронесется мимо. Затем, по мере того, как сирена уходит вдаль, звук сирены становится все тише.

Роберт Маянович, профессор физики в Университете штата Миссури, сказал, что доплеровский радар, который часто использует микроволны, используется для управления воздушным движением и контроля скорости движения транспортных средств. Когда объект приближается к антенне, возвращающиеся микроволны сжимаются и, таким образом, имеют более короткую длину волны и более высокую частоту.И наоборот, обратные волны от удаляющихся объектов имеют удлиненную форму, более длинную волну и более низкую частоту. Измеряя этот частотный сдвиг, можно определить скорость объекта по направлению к антенне или от нее.

Общие применения этого принципа включают простые детекторы движения, радары для ограничения скорости, радарные высотомеры и метеорологические радары, которые могут отслеживать трехмерное движение капель воды в атмосфере. Эти приложения называются активным зондированием, потому что микроволны передаются, а отраженные сигналы принимаются и анализируются.При пассивном зондировании наблюдаются и анализируются естественные источники микроволн. Многие из этих наблюдений проводятся со спутников, которые смотрят либо на Землю, либо в космос.

Микроволновые источники тепла

Одно из наиболее распространенных применений микроволн — быстрое нагревание пищи. Микроволновые печи возможны, потому что микроволны могут использоваться для передачи тепловой энергии. Открытие этого явления было чисто случайным. В своей книге «Они все смеялись …: от лампочек до лазеров: увлекательные истории о великих изобретениях, которые изменили нашу жизнь» (HarperCollins, 1992) автор Ира Флэтоу рассказывает историю изобретения микроволновой печи. печь: «Вскоре после Второй мировой войны Перси Л.Спенсер, гений электроники и герой войны, посещал одну из своих лабораторий в компании Raytheon. Спенсер остановился перед магнетроном, силовой трубкой, которая приводит в действие радар. Внезапно он заметил, что шоколадный батончик в его кармане начал таять ». Дальнейшее расследование привело его к изготовлению первой партии попкорна для микроволновой печи, а также первого взрывающегося яйца.

Первые микроволновые печи были довольно большими и дорогими, но они с тех пор стали настолько доступными, что стали обычным явлением в домах по всему миру.Системы микроволнового нагрева также используются в ряде промышленных приложений, включая пищевую, химическую и материальную обработку как в периодическом, так и в непрерывном режиме.

Этот панорамный вид плато Чаджнантор в Чили показывает антенны Большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) на фоне захватывающего дух звездного ночного неба. (Изображение предоставлено: ESO / B. Tafreshi)

Естественные микроволновые источники

Радиоастрономы проводят наблюдения в микроволновом диапазоне, но из-за ослабления в атмосфере большинство этих исследований проводится с использованием высотных аэростатов или спутников.Однако, пожалуй, самое известное наблюдение внеземных микроволн было проведено двумя учеными Bell Labs, работавшими над телекоммуникационной системой с использованием большой наземной рупорной антенны.

Согласно сайту NASA Science: «В 1965 году, используя длинные микроволны L-диапазона, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, ученые Bell Labs, совершенно случайно сделали невероятное открытие: они обнаружили фоновый шум с помощью специального малошумящего устройства. Антенна Самым странным в этом шуме было то, что он шел со всех сторон и, казалось, не сильно различается по интенсивности.Если бы эти статические помехи исходили от чего-то на нашей планете, например, от радиопередач с ближайшего диспетчерского пункта аэропорта, они бы исходили только с одного направления, а не отовсюду. Ученые Bell Lab вскоре поняли, что они случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение. Это излучение, которое заполняет всю Вселенную, является ключом к его началу, известному как Большой взрыв ».

Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии по физике 1978 года за свое открытие. С тех пор космическое микроволновое фоновое излучение было нанесено на карту с помощью большая точность по спутникам.Эти наблюдения выявили незначительные изменения температуры, которые в конечном итоге превратились в скопления галактик, которые мы видим сегодня.

Анализ этого фонового излучения также дал астрономам ключи к разгадке состава Вселенной, и теперь ученые считают, что около 95 процентов космоса состоит из материи и энергии, которые невозможно «ощутить» с помощью обычных инструментов, что приводит к называет темную материю и темную энергию. Будущий анализ этого фонового излучения может пролить дополнительный свет на то, что произошло вскоре после рождения Вселенной — и, возможно, даже до того, как эта Вселенная существовала, согласно некоторым космическим моделям.

Дополнительный отчет Чарльза К. Чоя, автора Live Science.

Дополнительные ресурсы

Hackaday.com показывает, как сделать электронику для доплеровского датчика движения.

Микроволновая печь


2

Лазеры и терагерцовые волны объединены в камере, которая видит «невидимые» детали

18 февраля 2020 г. — Группа физиков успешно разработала первую нелинейную камеру, способную снимать изображения внутренних пространств твердых объектов с высоким разрешением с использованием терагерцового (ТГц) диапазона…


Рекордный лазерный луч терагерцового диапазона

21 января 2020 г. — Терагерцовое излучение используется для проверок безопасности в аэропортах, для медицинских осмотров, а также для проверки качества в промышленности. Однако излучение в терагерцовом диапазоне крайне сложно …


Балансировка луча: термомеханическая микромашина обнаруживает терагерцовое излучение

16 мая 2019 г. — Исследователи разработали микроэлектромеханическое устройство, регистрирующее терагерцовое излучение при комнатной температуре.Этот прибор прост в использовании, намного быстрее обычных термодатчиков, очень …


Терагерцовый приемник для беспроводной связи 6G

8 сентября 2020 г. — Будущие беспроводные сети 6-го поколения (6G) будут состоять из множества небольших радиоячеек, которые необходимо соединить с помощью широкополосных каналов связи. В этом контексте беспроводная передача …


Изобретение может сделать ускорители частиц в 10 раз меньше

Сен.24 февраля 2020 г. — Ученые изобрели новый тип конструкции ускорителя, который может сделать ускорители, используемые для данного приложения, 10 раз …


Первый лазерный радиопередатчик

25 апреля 2019 г. — исследователи впервые использовали лазер в качестве радиопередатчика и приемника, открыв путь к сверхвысокоскоростному Wi-Fi и новым типам гибридных электронно-фотонных устройств …


Настраиваемое устройство био-визуализации от Terahertz Plasmonics

Мар.5 августа 2019 г. — Исследователи разработали простой в использовании настраиваемый биосенсор, адаптированный для терагерцового диапазона. Изображения органов мыши, полученные с помощью их нового устройства, подтверждают, что датчик способен …


Терагерц ускоряется от 5G до 6G

3 февраля 2021 г. — Исследователи демонстрируют беспроводную передачу несжатого видео 8K с полным разрешением с использованием терагерцовых волн, ускоряя исследования и разработки Beyond 5G до …


Технологии сотовой связи шестого поколения

25 июля 2019 г. — Будущие беспроводные сети передачи данных должны будут достичь более высоких скоростей передачи и более коротких задержек, обеспечивая при этом все большее количество конечных устройств.Исследователи использовали сверхбыстрые электрооптические …


Терагерцовая спектроскопия переходит в режим одиночных молекул

3 сентября 2018 г. — Исследователи показали, что длинноволновая терагерцовая (ТГц) спектроскопия может обнаруживать движение отдельных молекул, а не только молекулярных ансамблей. Они использовали конструкцию одномолекулярного транзистора, где пары …


Микроволновая печь Излучение | FDA


Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) регулирует производство микроволновых печей с 1971 года.Производители микроволновых печей обязаны сертифицировать свою продукцию и соблюдать стандарты безопасности, установленные и соблюдаемые FDA для защиты здоровья населения. Основываясь на текущих знаниях о микроволновом излучении, Агентство считает, что печи, которые соответствуют стандарту FDA и используются в соответствии с инструкциями производителя, безопасны для использования.


Что такое микроволновое излучение?

Микроволны — это разновидность «электромагнитного» излучения; то есть они представляют собой волны электрической и магнитной энергии, движущиеся вместе в пространстве.Электромагнитное излучение охватывает широкий спектр от очень длинных радиоволн до очень коротких гамма-лучей. Человеческий глаз может обнаружить только небольшую часть этого спектра, называемого видимым светом. Радио обнаруживает другую часть спектра, а рентгеновский аппарат использует еще одну часть.

Видимый свет, микроволны и радиочастотное (РЧ) излучение являются формами неионизирующего излучения. Неионизирующее излучение не обладает достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из атомов. Рентгеновские лучи — это форма ионизирующего излучения.Воздействие ионизирующего излучения может изменять атомы и молекулы и вызывать повреждение клеток в органическом веществе.

Микроволны используются для обнаружения автомобилей, превышающих скорость, и для передачи телефонных и телевизионных сообщений. Промышленность использует микроволновые печи для сушки и вулканизации фанеры, для вулканизации резины и смол, для выращивания хлеба и пончиков, а также для приготовления картофельных чипсов. Но чаще всего микроволновая энергия используется в микроволновых печах. Микроволны обладают тремя характеристиками, которые позволяют использовать их в кулинарии: они отражаются металлом; они проходят через стекло, бумагу, пластик и подобные материалы; и они всасываются с пищей.


Приготовление пищи с помощью микроволн

Микроволны производятся внутри духовки с помощью электронной трубки, называемой магнетроном. Микроволны отражаются внутри металлической внутренней части духовки, где они поглощаются пищей. Микроволны заставляют молекулы воды в пище вибрировать, выделяя тепло, необходимое для приготовления пищи. Вот почему продукты с высоким содержанием воды, такие как свежие овощи, можно приготовить быстрее, чем другие продукты. Энергия микроволн превращается в тепловую, поскольку она поглощается пищей и не делает пищу «радиоактивной» или «загрязненной».«

Хотя тепло выделяется непосредственно в пище, микроволновые печи не готовят пищу «изнутри». При приготовлении толстых продуктов внешние слои нагреваются и готовятся в основном с помощью микроволн, а внутренние — в основном за счет теплопроводности от горячих внешних слоев.

Приготовление в микроволновой печи может быть более энергоэффективным, чем обычное приготовление, потому что продукты готовятся быстрее, а энергия нагревает только продукты, а не всю камеру духового шкафа. Приготовление в микроволновой печи снижает пищевую ценность продуктов не больше, чем обычное приготовление.Фактически, продукты, приготовленные в микроволновой печи, могут содержать больше витаминов и минералов, потому что микроволновые печи могут готовить быстрее и без добавления воды.

Стеклянные, бумажные, керамические или пластиковые контейнеры используются при приготовлении пищи в микроволновой печи, поскольку микроволны проходят через эти материалы. Хотя такие контейнеры нельзя нагревать с помощью микроволн, они могут нагреваться от тепла пищи, готовящейся внутри. Некоторые пластиковые контейнеры не следует использовать в микроволновой печи, потому что они могут расплавиться от тепла находящейся внутри пищи.Как правило, металлические сковороды или алюминиевую фольгу также не следует использовать в микроволновой печи, поскольку микроволны отражаются от этих материалов, вызывая неравномерное приготовление пищи и, возможно, повреждая духовку. В инструкциях, прилагаемых к каждой микроволновой печи, указаны типы контейнеров, которые следует использовать. В них также рассказывается, как проверять контейнеры, чтобы понять, можно ли их использовать в микроволновых печах.


Как избежать травм из-за перегретой воды в микроволновых печах

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в прошлом получало сообщения о серьезных ожогах кожи или ошпаривании рук и лиц людей в результате выброса горячей воды из чашки после ее перегрева в микроволновой печи.Перегретая вода (вода, нагретая до температуры выше точки кипения) не кажется кипящей и возникает, когда вода нагревается сама по себе в чистой чашке. Если произошел перегрев, небольшое беспокойство или движение, например, поднятие чашки или наливание полной ложки растворимого кофе, может привести к сильному извержению, и кипящая вода вырвется из чашки. Добавление таких веществ, как растворимый кофе или сахар перед нагреванием , значительно снижает этот риск.

Пользователи должны строго соблюдать меры предосторожности и рекомендации, приведенные в инструкциях по эксплуатации микроволновой печи, особенно в отношении времени нагрева.Пользователи должны убедиться, что они не превышают рекомендуемое время нагрева при определении оптимальных настроек времени для нагрева воды до желаемой температуры.


Стандарт безопасности микроволновых печей

Через свой Центр устройств и радиологического здоровья (CDRH) FDA устанавливает и обеспечивает соблюдение стандартов производительности для электронных продуктов, чтобы гарантировать, что радиационные выбросы не представляют опасности для здоровья населения.

Федеральный стандарт (21 CFR 1030.10) ограничивает количество микроволн, которые могут просачиваться из печи в течение всего ее срока службы, до 5 милливатт (мВт) микроволнового излучения на квадратный сантиметр на расстоянии примерно 2 дюймов от поверхности печи. Этот предел намного ниже известного уровня вреда для людей. Энергия микроволнового излучения также резко уменьшается по мере удаления от источника излучения. Измерение, выполненное на расстоянии 20 дюймов от печи, будет примерно 1/100 от значения, измеренного на расстоянии 2 дюймов от печи.

Стандарт также требует, чтобы все духовки имели две независимые системы блокировки, которые останавливают производство микроволн в момент отпускания защелки или открытия дверцы.Кроме того, система мониторинга останавливает работу печи в случае выхода из строя одной или обеих систем блокировки.

Все печи должны иметь этикетку, подтверждающую их соответствие стандартам безопасности. Кроме того, FDA требует, чтобы на всех печах была этикетка, объясняющая меры предосторожности при использовании. Это требование может быть отменено, если производитель доказал, что печь не превысит допустимый предел утечки, даже если она используется в условиях, указанных на этикетке.

Чтобы убедиться, что стандарт соблюден, FDA тестирует микроволновые печи в собственной лаборатории.FDA также оценивает программы радиационных испытаний и контроля качества производителей на их заводах.


Микроволновые печи и здоровье

Микроволновое излучение может нагревать ткани тела так же, как и пищу. Воздействие высоких уровней микроволн может вызвать болезненный ожог. Две части тела, глаза и яички, особенно уязвимы для радиочастотного нагрева, потому что в них относительно мало крови для отвода избыточного тепла. Кроме того, хрусталик глаза особенно чувствителен к сильному нагреву, а воздействие высоких уровней микроволн может вызвать катаракту.Но эти виды травм — ожоги и катаракта — могут быть вызваны только воздействием большого количества микроволнового излучения.

Потребители должны соблюдать разумные меры предосторожности при обращении с горячими продуктами и напитками. Дополнительные рекомендации по безопасности см. В разделе этой страницы «Советы по безопасной эксплуатации микроволновой печи».


Были ли радиационные травмы в результате воздействия микроволновых печей?

Большинство травм, связанных с микроволновыми печами, являются результатом тепловых ожогов от горячих контейнеров, перегретых продуктов или взрывающихся жидкостей.Большинство травм не связаны с радиацией. При этом были очень редкие случаи радиационного поражения из-за необычных обстоятельств или неправильного обслуживания. Как правило, радиационные поражения микроволновой печи вызываются воздействием большого количества микроволнового излучения, просачивающегося через отверстия, такие как зазоры в уплотнениях микроволновой печи. Однако правила FDA требуют, чтобы микроволновые печи были спроектированы так, чтобы предотвращать эти утечки излучения высокого уровня.


Микроволновые печи и кардиостимуляторы

Одно время существовало опасение, что утечка излучения из микроволновых печей может повлиять на работу некоторых электронных кардиостимуляторов.Аналогичные опасения высказывались по поводу помех кардиостимуляторам от электробритв, систем автоматического зажигания и других электронных устройств. Хотя FDA специально не требует, чтобы микроволновые печи содержали предупреждения для людей с кардиостимуляторами, эта проблема в значительной степени решена, поскольку современные кардиостимуляторы предназначены для защиты от таких электрических помех. Однако пациентам с кардиостимуляторами рекомендуется проконсультироваться со своим врачом, если у них есть проблемы.


Проверка печей на утечку и другие проблемы радиационной безопасности

Нет причин для беспокойства по поводу утечки излишков микроволн из духовок, если только дверные петли, защелки или уплотнения не повреждены.FDA рекомендует внимательно смотреть на вашу духовку и не использовать духовку, если дверца не закрывается плотно или погнута, деформирована или повреждена иным образом.

FDA также контролирует бытовую технику на предмет проблем радиационной безопасности и получило сообщения о микроволновых печах, которые, кажется, остаются включенными — и работают — пока дверь открыта. При правильной эксплуатации микроволновые печи имеют защитные приспособления, которые не позволяют им продолжать генерировать микроволны, если дверца открыта. Однако, если духовка продолжает работать с открытой дверцей, потребители не могут быть на 100 процентов уверены, что микроволновое излучение не испускается.Таким образом, если это произойдет, FDA рекомендует немедленно прекратить использование духовки.


Как сообщать о проблемах радиационной безопасности микроволновой печи

Если вы подозреваете, что ваша микроволновая печь связана с радиационной безопасностью, вы можете связаться с ее производителем. Производители, обнаружившие, что любые производимые, собранные или импортируемые ими микроволновые печи имеют дефект или не соответствуют применимому федеральному стандарту, должны немедленно уведомить FDA.Кроме того, производители / импортеры обязаны сообщать в FDA обо всех случаях аварийного излучения, если только инцидент не связан с дефектом или несоответствием, о котором было сообщено ранее (21 CFR 1002.20).

Вы также можете сообщать в FDA о любых предполагаемых радиационных проблемах или травмах, заполнив и отправив по почте форму отчета о случайных радиационных происшествиях.


Советы по безопасной эксплуатации микроволновой печи

  • Следуйте инструкциям производителя по рекомендуемым процедурам работы и мерам безопасности для вашей модели духовки.
  • Используйте безопасную для микроволновой печи посуду, специально изготовленную для использования в микроволновой печи.
  • Не включайте микроволновую печь, если дверца не закрывается плотно, если она погнута, деформирована или повреждена иным образом.
  • Прекратите использовать микроволновую печь, если она продолжает работать с открытой дверцей.
  • В качестве дополнительной меры предосторожности не стойте прямо напротив духовки (и не позволяйте детям делать это) в течение длительного времени во время ее работы.
  • Не нагревайте воду или жидкости в микроволновой печи дольше, чем рекомендовано в инструкциях производителя.
  • Некоторые печи нельзя эксплуатировать в пустом состоянии. См. Руководство по эксплуатации вашей духовки.
  • Регулярно очищайте внутреннюю часть духового шкафа, внешний край камеры и дверцу водой с мягким моющим средством. Специальное средство для чистки микроволновой печи не требуется. Убедитесь, что для , а не для используйте мочалки, стальную мочалку или другие абразивные материалы.

Для получения дополнительной информации для потребителей об излучении микроволновых печей, свяжитесь с персоналом Отдела промышленности и обучения потребителей (DICE) по электронной почте DICE @ cdrh.fda.gov.


Дополнительная информация от отдела информации о здоровье потребителей FDA

электромагнитного излучения | Спектр, примеры и типы

Электромагнитное излучение , в классической физике, поток энергии со универсальной скоростью света через свободное пространство или через материальную среду в виде электрических и магнитных полей, которые составляют электромагнитные волны, такие как радиоволны, видимый свет, и гамма-лучи.В такой волне изменяющиеся во времени электрическое и магнитное поля взаимно связаны друг с другом под прямым углом и перпендикулярно направлению движения. Электромагнитная волна характеризуется своей интенсивностью и частотой ν изменения электрического и магнитного полей во времени.

Британская викторина

Тест «Дело и другое»

Согласно Британнике, физика фокусируется на «структуре материи и взаимодействиях между фундаментальными составляющими наблюдаемой Вселенной.”Проверьте свои знания о материи и многое другое с помощью этой викторины.

С точки зрения современной квантовой теории электромагнитное излучение — это поток фотонов (также называемых квантами света) через пространство. Фотоны — это пакеты с энергией h ν, которые всегда движутся с универсальной скоростью света. Обозначение h — это постоянная Планка, а значение ν такое же, как и частота электромагнитной волны в классической теории. Фотоны с одинаковой энергией h ν все похожи, и их плотность числа соответствует интенсивности излучения.Электромагнитное излучение проявляет множество явлений при взаимодействии с заряженными частицами в атомах, молекулах и более крупных материальных объектах. Эти явления, а также способы создания и наблюдения электромагнитного излучения, способ, которым такое излучение возникает в природе, и его технологические применения зависят от его частоты ν. Спектр частот электромагнитного излучения простирается от очень низких значений в диапазоне радиоволн, телевизионных волн и микроволн до видимого света и за его пределами до значительно более высоких значений ультрафиолетового света, рентгеновских лучей и гамма-лучей.

В этой статье обсуждаются основные свойства и поведение электромагнитного излучения, а также его различные формы, включая их источники, отличительные характеристики и практическое применение. В статье также прослеживается развитие как классической, так и квантовой теории излучения.

Общие соображения

Возникновение и важность

Около 0,01 процента массы / энергии всей Вселенной происходит в форме электромагнитного излучения.В нее погружена вся человеческая жизнь, и современные коммуникационные технологии и медицинские услуги особенно зависят от той или иной ее формы. Фактически, все живые существа на Земле зависят от электромагнитного излучения, получаемого от Солнца, и от преобразования солнечной энергии путем фотосинтеза в растительную жизнь или путем биосинтеза в зоопланктон, основной этап пищевой цепи в океанах. Глаза многих животных, в том числе человека, приспособлены к тому, чтобы быть чувствительными и, следовательно, видеть самую обильную часть электромагнитного излучения Солнца, а именно свет, который составляет видимую часть его широкого диапазона частот.Зеленые растения также обладают высокой чувствительностью к максимальной интенсивности солнечного электромагнитного излучения, которое поглощается веществом, называемым хлорофиллом, который необходим для роста растений посредством фотосинтеза.

фотосинтез

Схема фотосинтеза, показывающая, как вода, свет и углекислый газ поглощаются растением, чтобы произвести кислород, сахар и больше углекислого газа.

Британская энциклопедия, Inc.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Практически все виды топлива, которые использует современное общество — газ, нефть и уголь — представляют собой запасенные формы энергии, полученные от Солнца в виде электромагнитного излучения миллионы лет назад. Только энергия ядерных реакторов исходит не от Солнца.

Повседневная жизнь наполнена искусственно созданным электромагнитным излучением: пища нагревается в микроволновых печах, самолеты управляются радиолокационными волнами, телевизоры принимают электромагнитные волны, передаваемые радиовещательными станциями, а инфракрасные волны от обогревателей согревают.Инфракрасные волны также излучаются и принимаются автоматическими камерами с самофокусировкой, которые с помощью электроники измеряют и устанавливают правильное расстояние до объекта, который нужно сфотографировать. Как только солнце садится, включаются лампы накаливания или люминесцентные лампы для искусственного освещения, и города ярко светятся красочными люминесцентными и неоновыми лампами рекламных вывесок. Знакомо и ультрафиолетовое излучение, которое глаза не видят, но его эффект ощущается как боль от солнечного ожога. Ультрафиолетовый свет представляет собой разновидность электромагнитного излучения, которое может быть опасным для жизни.То же самое можно сказать и о рентгеновских лучах, которые важны в медицине, поскольку они позволяют врачам наблюдать за внутренними частями тела, но воздействие на которые должно быть сведено к минимуму. Менее известны гамма-лучи, которые возникают в результате ядерных реакций и радиоактивного распада и являются частью вредного высокоэнергетического излучения радиоактивных материалов и ядерного оружия.

Радиоволны и микроволны

Радиоволны и микроволны очень важны для нас для связи .


(И для разогрева оставшейся пиццы.)

Электромагнитный

Они оба находятся на длинноволновом конце электромагнитного спектра:

  • Радиоволны имеют длину волны 1 м и более .
    Частота на расстоянии 1 м — 300 МГц.
  • Микроволны имеют длину волны от 1 мм (миллиметр) до 1 м .
    Частота на 1 мм составляет 300 ГГц.

(Примечание: некоторые люди говорят, что микроволны — это просто разновидность радиоволн, поэтому для них радиоволны имеют длину волны на 1 мм и более .)

Мы можем создавать радио и микроволны, они также производятся Солнцем и многими другими природными источниками.

Беспроводная связь

Мы используем радио и микроволны, чтобы общаться без проводов. Это здорово, потому что мы можем передвигаться и жить своей жизнью, оставаясь при этом на связи.

Передача и прием

Передача … и получение на устройстве

Радиоволны создаются вибрирующим электрическим током в антенне…

… затем распространяются электромагнитные волны …

… и затем принимаются небольшой антенной внутри вашего устройства, которая обнаруживает очень небольшое количество тока, создаваемого радиоволнами.

Затем ваше устройство может декодировать сигнал, и вы можете смотреть или слушать то, что было отправлено.

Радиовещание

Радиоволны хороши для передачи широковещания (рассылаются на множество приемников), и именно так мы можем слушать радио и телепередачи.

Телевизоры (и радио!) Могут принимать широковещательных сигналов с помощью антенн.

Радиоволны хорошо огибают здания и холмы за счет дифракции (см. Также ниже).

Микроволновые печи

Микроволновые печи используют электромагнитные волны с частотой 2,45 ГГц (длина волны около 12 см) , которые заставляют молекулы воды быстро вибрировать и нагреваться.

Магнетрон создает микроволны,
отправляет в разные стороны мешалкой,
отскакивает от металлических поверхностей,
и поглощается водой в пище.

Микроволны могут проходить сквозь стекло и пластик и проникать в пищу примерно на сантиметр (в зависимости от продукта), но отражаться от металлических поверхностей.

Всегда должно быть что-то, что поглощает микроволны , например, еда или стакан воды.

Итак, в основном вы готовите, нагревая воду в первых сантиметрах продукта. Вот почему во многих рецептах рекомендуется оставить еду на некоторое время постоять (чтобы тепло распространилось равномерно).

Микроволны также могут нагреть нас, и могут повредить наших клеток.Держите дверцу закрытой, когда она включена, и никогда не используйте поврежденную микроволновую печь.

Дифракция волны в отсеке

Дифракция

Дифракция очень важна для радиосвязи!

Дифракция — это когда волны огибают угол препятствия.

Средний зазор: небольшая дифракция, но в основном прямая

Зазор длиной волны Размер: наибольшая дифракция

Максимальный эффект достигается, когда зазор и длина волны примерно одинакового размера.

Радиоволны с длинами волн км дифрагируют
над холмами и долинами, так что вы можете легко получить прием.

Но микроволны с длиной волны сантиметра имеют тенденцию идти прямо.

Таким образом, радиоволны хороши для «передачи широкая » для многих людей, но микроволны хороши для связи точка-точка.

А для микроволн передатчик и приемник должны находиться «на линии прямой видимости» (они могут видеть друг друга).

Типичная микроволновая антенна представляет собой параболическую антенну диаметром от 0,3 до 3 м, как на этом здании:

Ионосфера

Ионосфера — это электрически заряженный слой верхней атмосферы, который находится на высоте от 75 до 1000 км над землей.

Очень важно для радио- и СВЧ-связи!

Низко- и среднечастотные радиоволны отражаются от ионосферы, поэтому можно принимать радиосигналы издалека, которые дошли до нас.

(Без масштаба!)

Но микроволны могут прорезать ионосферу, поэтому они хороши для связи со спутниками.

Сигнал и шум

Информация может быть в аналоговой или цифровой форме.

Аналог

Информацию можно поместить на волну, немного изменив ее высоту или длину волны:

В волну помещен сигнал этого изображения.

По мере распространения волны она получает шума (случайные изменения), добавленные другой электрической активностью вокруг нее:

Когда мы пытаемся воссоздать изображение, результат не идеален!

Цифровой

Но с цифровым мы ожидаем только определенных значений , таких как 0 или 1.Так что шум (если не слишком большой) можно преодолеть.

Даже с шумом мы все равно знаем каждые 0 и 1 и получаем идеальное изображение.

Микроволновые печи | Как они работают?

Микроволновые печи | Как они работают? — Объясни это

Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 31 августа 2020 г.

Как любили бы наши предки
микроволновые печи! Вместо того, чтобы часами сидеть у дымных дров, варить тушеное мясо буйвола для своих
Друзья каменного века, они могли бы просто выбросить все в
микроволновая печь, нажал несколько кнопок и уже через минуту или
два.Конечно, у них не было электричества, которое могло быть
что-то вроде проблемы…

Когда в 1970-х годах стали популярны микроволновые печи, они
домашнее удобство на новый уровень. Обычная духовка разогревает пищу
очень медленно снаружи внутрь, но в микроволновой печи используются крошечные,
мощные радиоволны для приготовления еды
более равномерно (грубо говоря, мы иногда говорим, что он готовится «изнутри» — хотя
это не совсем правильно). Вот почему микроволновая печь может приготовить мясо примерно в шесть раз быстрее, чем обычная духовка.Микроволновые печи также экономят электроэнергию, потому что вы можете готовить сразу, не дожидаясь, пока духовка сначала нагреется до высокой температуры. Давай ближе
посмотрите как они работают!

Что готовит?

Микроволновые печи такие быстрые и эффективные, потому что они отводят тепловую энергию
непосредственно к молекулам (крошечным частицам) внутри пищи. Микроволны нагревают пищу, как солнце нагревает ваше лицо — излучением.

Фото: «Варочная камера» типичной микроволновой печи.Этот прочный металлический ящик предотвращает утечку вредных микроволн. Микроволны генерируются устройством, называемым
магнетрон, который находится за перфорированной металлической сеткой на
правая сторона (сразу за лампой, которая освещает духовку
внутри). Если вы посмотрите через сетку, вы можете просто увидеть горизонтальное охлаждение
плавники на магнетроне (которые выглядят как стопка параллельных горизонтальных
металлические пластины).
Обратите внимание также на поворотный столик, который вращает пищу, чтобы микроволны готовили ее.
это равномерно. Задняя часть двери покрыта защитным металлом.
марлю, чтобы не допустить утечки микроволн.

Микроволновая печь очень похожа на электромагнитные волны, которые пронизывают воздух от
Теле- и радиопередатчики. Это невидимый восходящий и нисходящий паттерн электричества.
и магнетизм, несущийся в воздухе со скоростью света (300 000
км или 186000 миль в секунду). Хотя радиоволны действительно могут быть очень длинными
(некоторые измеряют десятки километров или миль между одним гребнем волны и другим),
они также могут быть крошечными: микроволны фактически являются самыми короткими радиоволнами, а микроволны, которые готовят пищу в вашей духовке, имеют длину всего 12 см (примерно 5 дюймов).(Подробнее об электромагнитных волнах читайте в нашей статье.
по электромагнитному спектру.)

Несмотря на свой небольшой размер, микроволновые печи переносят огромное количество
энергия. Одним из недостатков микроволн является то, что они могут повредить живые клетки и
ткань. Вот почему микроволновые печи могут быть вредными для людей — и почему микроволновые печи
окружены прочными металлическими ящиками, не дающими волнам уйти.
В нормальном режиме работы микроволновые печи совершенно безопасны. Несмотря на это,
микроволновые печи могут быть очень опасными, так что никогда не обманывайте
вокруг с микроволновой печью.Микроволны также используются в мобильных телефонах (мобильных телефонах), где они передают ваш голос взад и вперед по воздуху, и в радарах.

Как микроволновая печь готовит пищу?

Как микроволновая печь превращает электричество в тепло? Как это!

  1. Внутри прочного металлического ящика находится микроволновый генератор, называемый магнетроном. Когда ты начинаешь
    во время приготовления пищи магнетрон забирает электричество из розетки и
    преобразует его в мощные радиоволны диаметром 12 см (4,7 дюйма).
  2. Магнетрон направляет эти волны в камеру хранения продуктов через канал, называемый волной.
    гид.
  3. Еда стоит на вращающемся подносе и медленно вращается, поэтому микроволны готовят ее равномерно.
  4. Микроволны отражаются от отражающих металлических стенок отделения для продуктов,
    точно так же, как свет отражается от зеркала.
    Когда микроволны достигают самой пищи, они не просто отскакивают. Просто
    как радиоволны могут проходить сквозь стены вашего дома, так
    микроволны проникают внутрь пищи.Путешествуя по нему, они
    заставить молекулы внутри него вибрировать быстрее.
  5. Вибрирующие молекулы имеют тепло, поэтому чем быстрее молекулы вибрируют, тем горячее.
    еда становится. Таким образом микроволны передают свою энергию
    молекулы в пище, быстро нагревая ее.

Готовят ли микроволны изнутри?

В обычной духовке тепло должно исходить от электрических нагревательных элементов.
(или газовые горелки), расположенные снизу и по бокам плиты, в еду, которая готовится в основном
проводимость снаружи внутрь — от внешних слоев к внутренним.Вот почему пирог, приготовленный в обычной духовке, можно обжечь по краям и вовсе не приготовить в середине.
Иногда говорят, что микроволновые печи готовят еду «изнутри», что немного похоже на блеск.
и не совсем правильно. Когда люди говорят это, на самом деле они имеют в виду, что микроволны
одновременно возбуждают молекулы прямо через пищу, поэтому обычно
готовить быстрее и равномернее, чем в противном случае.

Изображение: Микроволны (оранжевые) готовят пищу в основном за счет «вибрации» молекул воды (красных и синих).
внутри него.

То, как пища готовится в микроволновой печи, во многом зависит от того, из чего она сделана. Микроволны сильнее возбуждают жидкости в пище, поэтому что-то вроде фруктового пирога (с более высоким содержанием жидкости в центре) действительно будет готовиться изнутри наружу, потому что внутри больше всего воды. С яблоком, приготовленным в микроволновке, нужно быть очень осторожным.
пирог, потому что внутренняя часть может быть горячей, а внешняя корочка едва даже теплая. Что касается других продуктов, в которых содержание воды распределено более равномерно, вы, вероятно, обнаружите, что они готовятся снаружи, как в обычной духовке.Поскольку микроволны работают за счет подпитки молекул воды, они также сушат пищу в большей степени, чем обычные печи.

Другой важный фактор — это размер и форма того, что вы готовите. Микроволны не проникают больше, чем на сантиметр или два
(возможно, на дюйм или около того) в еду. Подобно пловцам, ныряющим в воду, они теряют энергию с того момента, как входят в еду, и после этого первого сантиметра или около того у них не остается достаточно энергии, чтобы проникнуть глубже. Если вы готовите что-нибудь большое (например, кусок мяса в большой микроволновой печи), только внешний слой «кожицы» будет приготовлен самими волнами; интерьер будет готовиться снаружи внутри кондуктом.К счастью, большинство вещей, которые люди готовят в небольших микроволновых печах, не намного больше пары сантиметров в диаметре (подумайте о мясном или фруктовом пироге, пригодном для использования в микроволновой печи). К сожалению, поскольку еда внутри и снаружи готовится по-разному и с разной скоростью, легко получить что-то приготовленное снаружи и сырое посередине.
или пережаренный снаружи и приготовленный прямо в середине. Как и любой другой метод приготовления, микроволновая печь имеет свои недостатки и требует некоторого привыкания.

Вы заметите, что для ужинов, пригодных для использования в микроволновой печи, указано «время приготовления», равное такому количеству минут, за которым следует «время выдержки».
часто это так же долго (когда вы оставляете приготовленную пищу в покое перед тем, как ее съесть). В этот период еда
эффективно продолжает готовку: более горячие части блюда передают тепло путем теплопроводности более холодным частям,
мы надеемся обеспечить единообразное приготовление пищи.

То, как микроволновые печи распределяют свои микроволновые печи, также позволяет готовить блюда необычным образом, например
Зло Безумный
Ученые лаборатории выяснили это, когда попытались приготовить индийские закуски в различных микроволновых печах.

Рекламные ссылки

Кто изобрел микроволновую печь?

Как и многие великие изобретения, микроволновые печи появились случайно.
открытие. Еще в 1950-х годах американский инженер-электрик Перси Спенсер (1894–1970) проводил эксперименты с магнетроном в производственной компании Raytheon, где он работал. В то время
Основное применение магнетронов было в радарах: способ использования радиоволн для помощи
самолеты и корабли ориентируются в плохую погоду или темноту.

Artwork: Один из оригинальных патентных чертежей Перси Спенсера для микроволновой печи.
печь. Я раскрасил его здесь, чтобы вы могли видеть его более четко и понять, насколько он похож на микроволновую печь, которую я
описано выше. Слева (красный) у нас есть входящая электрическая мощность. Это заставляет пару магнетронов (синий) генерировать микроволны, которые направляются по линиям передачи (желтый) и волновод (оранжевый) к кулинарии.
отсек (зеленый). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Однажды у Перси Спенсера была плитка шоколада.
карман при включении магнетрона. К его удивлению, в баре
быстро плавится из-за тепла, выделяемого магнетроном. Это дало
ему пришла в голову идея, что магнетрон можно использовать для приготовления пищи. После
успешно приготовив попкорн, он понял, что может развить
микроволновая печь для приготовления любых блюд. Он получил ряд патентов на
эта идея в начале 1950-х годов, в том числе идея для приготовления кофе в микроволновой печи
пивовар (патент США 2,601,067, выдан 17 июня 1952 г.) и тот, который я проиллюстрировал здесь (патент США 2,495,429 «Метод обработки пищевых продуктов»
24 января 1950 г.), где показаны основные принципы работы микроволновой печи.В этом патенте вы можете найти собственное лаконичное резюме Спенсера о том, как работает его изобретение:

«… используя длины волн, попадающие в микроволновую область электромагнитного спектра … Таким образом,
длина волны энергии становится сопоставимой со средним размером готового продукта,
и в результате тепло, выделяемое в продуктах питания, становится интенсивным, расходуемая энергия становится равной.
минимум, и весь процесс станет эффективным и коммерчески осуществимым ».

Раннее оборудование Спенсера было относительно примитивным по сравнению с современными чистыми микроволнами — его первая духовка была примерно
1.5 метров в высоту! С тех пор микроволновые печи стали намного компактнее, и миллионы их были проданы по всему миру.

Легко назвать изобретение Спенсера «простой» счастливой случайностью, но это было еще не все: для этого нужно
правильный вид изобретательного ума, чтобы ухватиться за открытие и сделать из него что-нибудь. Как читательский
Журнал дайджест позже
Сообщается, что Спенсер «продемонстрировал, что ничто не выходит за пределы досягаемости человека, который хочет знать, что происходит, и который чувствует ответственность за то, что что-то с этим делает.»130 патентов, выданных ему при жизни, свидетельствуют об этом,
и его изобретательским способностям претворять научные идеи в жизнь.

Насколько эффективны микроволновые печи?

Вы можете ожидать, что микроволновая печь будет намного более эффективной, чем другие способы приготовления пищи: другими словами,
вы ожидаете, что больше энергии, поступающей от кабеля питания, будет преобразовано в тепло в вашей пище и меньше будет потрачено впустую
другими способами. Вообще говоря, это правильно: готовить в микроволновой печи дешевле и быстрее, чем готовить в обычной печи.
духовку, потому что вам не нужно нагревать саму духовку, прежде чем вы сможете готовить.

?

Но это еще не все. Если вы хотите разогреть только небольшое количество еды (или чашку горячей воды), используйте микроволновую печь.
духовка — не лучший вариант использования. Когда вы что-то готовите в микроволновой печи, вы не только вкладываете энергию в пищу, но и заряжаете
электродвигатель, который вращает относительно тяжелый стеклянный поворотный стол.
Хотя вам не нужно нагревать отделение для продуктов, чтобы духовка готовила, микроволновая печь на самом деле достаточно
теплый после того, как он был включен некоторое время, поэтому есть некоторые тепловые потери.Магнетрон не очень эффективен при преобразовании
электричество в микроволновые печи: станет горячим. И вам также нужно запитать электронную схему, дисплей таймера и, возможно, охлаждающий вентилятор. В совокупности все это делает микроволновую печь менее эффективной, чем она могла бы быть.

Насколько менее эффективен? Физик Том Мерфи недавно
сравнил энергоэффективность различных методов кипячения воды и обнаружил (что, возможно, удивительно), что они были эффективны всего около 40 процентов, что примерно вдвое меньше.
как с электрическим чайником.

Безопасны ли микроволновые печи?

Вы беспокоитесь о том, что стоите слишком близко к микроволновой печи, когда она гудит, жужжит и издает
замороженный блок в дымящийся вкусный обед? Не надо! Полости для приготовления пищи в микроволновых печах представляют собой герметичные металлические контейнеры: обычно используйте микроволновую печь, и волны не могут просочиться наружу. Если вы внимательно посмотрите на внутреннюю часть стеклянной двери, вы обнаружите, что к ее задней части приклеена металлическая сетка; те отверстия, которые вы видите в нем, слишком малы, чтобы пропускать через них микроволны.Еще одна функция безопасности (называемая блокировкой) сохраняет вас в целости и сохранности: если вы попытаетесь открыть дверь, магнетрон немедленно перестанет гудеть; большинство микроволн фактически имеют две независимые блокировки на случай отказа одной из них. Конечно, все же стоит принимать меры предосторожности. Вы не хотите, чтобы микроволны выходили из вашей духовки, поэтому, если дверца не закрывается должным образом (возможно, потому, что она забита пролитой пищей), если сетка на задней стороне стекла начала ржаветь и отслаиваться, если блокировки не работают, или машина дает вам повод думать, что она протекает, немедленно отремонтируйте или замените ее.

Фото: микроволновая печь имеет на внутренней стороне дверцы защитную металлическую решетку. Вы можете заглянуть в духовку, когда дверь закрыта, потому что свет может проникать через отверстия в марле.
Однако микроволны намного больше, чем световые волны, поэтому они слишком велики, чтобы пройти через отверстия и оставаться надежно «запертыми» внутри.

Даже если ваша микроволновая печь «протекает», это вряд ли причинит вам вред. Хотя микроволновые печи могут производить внутри очень большую мощность (до 1000 Вт в типичной большой духовке), по мере удаления от них мощность падает очень быстро.Вне кухонной камеры и на некотором расстоянии даже излучающая микроволновая печь будет производить лишь крошечное количество электромагнитного излучения — меньше, чем вы бы получили от мобильного телефона. По данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, на расстоянии около 5 см (2 дюйма) мощность утечки микроволновой печи составляет около 5 милливатт на квадратный сантиметр, что «намного ниже уровня, который, как известно, наносит вред людям», в то время как на расстоянии около 50 см (20 дюймов) это снова примерно на 1 процент больше. Даже стоя в непосредственной близости от протекающей микроволновки, вам придется подвергаться гораздо более высокому уровню радиации гораздо дольше, чтобы возник реальный риск для вашего здоровья.Всемирная организация здравоохранения обнадеживает по этому поводу: «тепловое повреждение может возникнуть только в результате длительного воздействия очень высоких уровней мощности, намного превышающих те, которые измеряются вокруг микроволновых печей». Другими словами, просто слишком мало энергии, чтобы нагреть ткани вашего тела настолько, чтобы нанести ущерб.

И если вы когда-нибудь задумывались, почему вы не можете приготовить обед с помощью мобильного телефона (который, как вы помните, использует волны аналогичного размера), объяснение точно такое же: недостаточно энергии. Даже если вы поставите свой мобильный телефон прямо на замороженный обед, он не будет выделять достаточно энергии для выработки тепла, необходимого для приготовления пищи, независимо от того, как долго вы его там оставляете.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги

  • Что Эйнштейн сказал своему повару Роберт Вулке, Нортон, 2002. Это остроумное и очень удобочитаемое введение в кухню (в основном химию) включает длинный раздел о различных аспектах приготовления в микроволновой печи («Глава 8: Эти загадочные микроволновые печи»). Он также охватывает науку, лежащую в основе многих других тем, связанных с едой.

Статьи

  • Факты о микроволновых печах Джона Р.Free, Popular Science, февраль 1973 г. Это может быть старая статья, но это отличное введение в микроволновые печи — и насколько революционными они были, когда впервые появились.

Здоровье и безопасность

Эти официальные источники должны убедить вас, что микроволновые печи действительно безопасны:

Патенты

Если вы более технически подкованы, возможно, вам стоит прочитать патенты Перси Спенсера. Их довольно много — и вот
трое, чтобы начать вас:

  • Патент США 2 495 429: Способ обработки пищевых продуктов Перси Спенсером, выдан 24 января 1950 г.Оригинальный патент Спенсера на микроволновую печь, проиллюстрированный выше.
  • Патент США 2 601 067: Варка кофе Перси Спенсером, выдан 17 июня 1952 года. Микроволновая печь, которая может варить кофе!
  • Патент США 2408 235: Высокоэффективный магнетрон Перси Спенсера, 24 сентября 1946 г. Типичный резонаторный магнетрон военного времени.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2006, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *