Совет 1: Как работает микроволновой мазер

Слово «лазер» и принцип действия этого устройства известно людям. Близкое по звучанию слово «мазер» известно гораздо меньше. Оно представляет собой аббревиатуру из первых букв слов английского определения «Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление микроволн с помощью вынужденного излучения». То есть в отличие от лазера, испускающего свет, близкий по конструкции мазер испускает микроволновые пучки.



Впервые такое устройство было разработано советскими и американскими физиками в 1954 году. Впоследствии, ученые А. Прохоров, Н. Басов и Ч. Таунс были удостоены за это Нобелевской премии.

Долгое время мазер не находил практического применения, поскольку для его работы требовались жесткие условия: вакуум и очень низкая температура (близкая к абсолютному нулю). К тому же даже при таких условиях мощность мазера была намного ниже мощности лазера. Однако недавно физики из Британской национальной физической лаборатории разработали модель мазера, который может работать при комнатной температуре и давлении.

Их работа основывалась на исследовании ученых из Японии, которые в конце 20-го века проводили опыты, облучая лазером органическое соединение пентацен. Они обнаружили, что под воздействием лазерных лучей молекулы вещества могут работать, как мазер. Поскольку японских исследователей интересовал другой вопрос (рассеяние нейтронов), они не придали значения обнаруженному феномену. Британцы же, найдя описание этих экспериментов, решили добавить пентацен к другому органическому веществу, чтобы получить кристаллы, похожие на те, которые используются в лазерах. После серии неудач кристаллы требуемой формы и цвета были выделены. Исследователи вставили их в прозрачные сапфировые кольца, после чего, поместив образовавшуюся конструкцию в резонатор, облучили лазером. Полученный результат превзошел самые смелые ожидания.

Лазерный луч привел молекулы пентацена в возбужденное (нестабильное) состояние. При обратном переходе молекул в стабильное состояние образовался поток микроволн в виде луча, который по интенсивности неизмеримо превосходил лучи, генерируемые прежними моделями мазера. «Полученный сигнал был в сто миллионов раз мощнее, чем у существующих мазеров», - говорил физик Марк Оксборроу, под руководством которого проводились эти эксперименты. Устройство, полученное британцами, исключительно перспективно, хоть и требует больших усилий по доработке. Сейчас мазер Оксборроу генерирует лишь очень кратковременные импульсы, причем широкого диапазона волн. Если удастся заставить его работать постоянно, к тому же в более узком волновом диапазоне, мазер найдет очень широкое применение в самых разных областях науки и техники.


Совет 2: Как работает микроволновая печь

Микроволновая печь работает по принципу дипольного сдвига. Микроволны, генерируемые магнетроном, заставляют молекулы воды, содержащейся в продуктах, колебаться. Кинетическая энергия движения молекул преобразуется в тепло. Так пища разогревается.
Микроволновая печь представляет собой бытовой электрический прибор, предназначенный для разогрева или готовки пищи с помощью сверхвысокочастотного излучения.

Микроволны



СВЧ-излучение включает в себя радиоволны дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов. В привычных человеку микроволновых печах используется дециметровое излучение частотой более двух мегагерц.

Главное отличие микроволновки от, например, духовки, состоит в том, что пища в ней разогревается не только с поверхности. Радиоволны высокой частоты способны проникать на глубину до 2-3 сантиметров, что значительно ускоряет процесс разогрева или готовки.

Принцип работы



Принцип работы микроволновых печей основывается на дипольном сдвиге. Если материал содержит в своем составе полярные молекулы (например, воду), энергия действующих на эти молекулы радиоволн заставляет их постоянно сдвигаться, выстраиваясь по силовым линиям поля. Поле, которое воздействует на предмет, переменное, поэтому молекулы как бы «качаются» из одной стороны в другую. При этом они передают друг другу получаемую от радиоволн энергию.

Согласно законам физики, температура тела прямо пропорциональна кинетической энергии движения его молекул и атомов. Соответственно, чем активнее полярные молекулы приходят в движение - тем сильнее нагревается предмет. Это явление называют дипольным сдвигом. Он представляет собой преобразование электромагнитного излучения в тепло.

Так как в пищевых продуктах роль полярных молекул выполняет вода, современные микроволновые печи сконструированы таким образом, чтобы разогревать именно молекулы воды, причем - в жидком состоянии. Поэтому, например, лед или сахар разогреваются в микроволновке заметно медленнее.

Источником радиоволн в микроволновых печах служит магнетрон. Магнетрон - это особая электронная лампа, способная генерировать волны дециметрового диапазона. От магнетрона волны передаются во внутреннее пространство печи по волноводам.

История изобретения микроволновых печей



Изобретателем микроволновых печей считается американский военный инженер Перси Спенсер. Когда Перси работал в лаборатории над радарами, предназначавшимися для военно-морского флота, он заметил, что бутерброд, положенный на включенный магнетрон, нагрелся.

Существует и другая версия истории открытия микроволновок, согласно которой от излучения магнетрона у Перси в кармане расплавилась плитка шоколада.
Видео по теме
Видео по теме
Источники:
  • как работает микроволнов
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500
к
Honor 6X Premium
новая премиальная версия
узнать больше