1 / 15

Mikrovlny a voda

Mikrovlny a voda. Fyzikální seminář 14.4.2011 Matej Hrabuša. Mikrovlny. Mikrovlny – elektromagnetické vlny Použitie: Varenie – mikrovlnné rúry Komunikácia – Rádio, Satelit, Radar Medicína Astronómia Frekvencia (vlnová dĺžka): od 300 MHz ( =1m) do 300 GHz ( =1mm)

lazzaro-murphy
Download Presentation

Mikrovlny a voda

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mikrovlny a voda Fyzikální seminář 14.4.2011 Matej Hrabuša

  2. Mikrovlny • Mikrovlny – elektromagnetické vlny • Použitie: • Varenie – mikrovlnné rúry • Komunikácia – Rádio, Satelit, Radar • Medicína • Astronómia • Frekvencia (vlnová dĺžka): • od 300 MHz (=1m) do 300 GHz (=1mm) • „mikro“ v názve neznamená m • Mikrovlnné rúry pracujú s frekvenciou 2,45 GHz (=12,23 cm)

  3. Mikrovlnná rúra • Mechanizmus • Elektrický prúd prúdi cez poistky a bezpečnostný mechanizmus do ovládača • Keď sa ovládač spustí, aktivuje sa triac (polovodičový spínač), ktorý pošle energiu do vysokonapäťového transformátora (3000-4000 V) • Magnetron transformuje vysoké napätie na elmag. energiu • Vlnovod usmerní mikrovlny do varnej komory • Lopatkový miešač rozdeľuje mikrovlny rovnomerne

  4. Molekula vody v elmag. poli • Dipól vody sa snaží neustále reorientovať sa v oscilujúcom elektrickom poli elmag. radiácie Oscilujúce elektrické pole čas

  5. Dielektrická konštanta • Dielektrickú konštantu vyjadríme vo forme komplexného čísla: • kde je schopnosť materiálu byť polarizovaný externým El. poľom, =faktor straty kvantifikuje efektívnosť s ktorou je el-mag energia premenená na teplo • Táto rovnice môže byť vizualizovaná nasledovne: celkový prúd je suma vektorov nabíjacieho prúdu a straty prúdu, uhol ako fázový rozdiel (posun) medzi elektrickým poľom a výslednou polarizáciou materiálu.

  6. Dielektrická permitivita • Diagram: Dielektrická permitivita a dielektrické straty vody medzi 0°C a 100°C – šípky indikujú efekt zvyšujúcej sa teploty  zvyšujúcej sa aktivity vody • So zvyšujúcou sa teplotou sa pevnosť a rozsah vodíkových väzieb znižuje • Tým sa znižuje statická a optická dielektrická permitivita • Uľahčuje sa pohyb dipólov a umožňuje molekulám vody oscilovať vo vyšších frekvenciách • Redukuje sa unášanie k rotácii molekúl vody, tým sa redukuje trenie a tým dielektrické straty

  7. Dielektrická permitivita • Cole-Cole diagram znázorňuje – dielektrickú permitivitu verzus dielektrické straty. • Červené čiary znázorňujú vplyv teploty (odstupňované po 20° od 0°do 100°C), kým modré čiary znázorňujú zmenu s teplotou pri rovnakej vlnovej dĺžke (1,3-201 GHz) • Pre porovnanie čiarkovaná čiara znázorňuje čistý ľad (omnoho nižšie frekvencie).

  8. Diagram: • Zmena dielektrických vlastností s teplotou- maximum dosiahne pri konštantnej frekvencii • Derivácia funkcie pre čistú vodu; rozsah teplôt -20°C ~ +40°C, extrapolované (čiarkovaná čiara) indikuje trend • Faktor dielektrickej straty (Lf) sa zvyšuje na maximálnu hodnotu pri kritickej frekvencii s

  9. Vplyv soli • Rozpustená soľ znižuje hodnotu dielektrickej konštanty v závislosti od koncentrácie (c) a priemerného hydratačného čísla individuálnych iónov (HN) • Soľ znižuje prirodzenú štruktúru vody  redukuje statickú dielektrickú permitivitu  zvyšuje teplotu • Pri nižších frekvenciách ióny sú schopné reagovať a pohybujú sa so zmenou potenciálu  tým produkujú teplo trením a zvyšujú faktor straty (Lf)

  10. Vplyv soli • Dielektrikum a dielektrické straty v roztoku soli medzi 0°C a 100°C (plné čiary – čistá voda, čiarkované- roztok soli); šípky indikujú efekt zvyšujúcej sa teploty

  11. Diagram: • Derivácia rovnice pre roztok soli: 10 parts per thousand w/w (ppt) salinity for the range fv rozsahu -20°C ~ +40°C; • extrapolované (čiarkovaná čiara) indikuje trend

  12. Diagram: • Derivácia rovnice pri 2.45 GHz (typická frekvencia mikrovlnnej rúry) for rozdielne koncentrácie roztoku soli (parts per thousand w/w (ppt) salinity) • Rozsah -20°C ~ +40°C; extrapolované (čiarkovaná čiara) indikuje trend

  13. Ľad • Ľad má kritickú frekvenciu (s) pri cca 10 MHz so zvýšenou statickou dielektrickou permitivitou. • Pri oveľa vyšších frekvenciách mikrovlnnej rúry má ľad nízku dielektrickú permitivitu a neabsorbuje takmer žiadnu energiu • Môžeme pozorovať pri rozmrazovaní  čiastočne roztopený materiál sa zohrieva rýchlo, kým neroztopený zostane zmrznutý

  14. Zdroje • http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html • http://www.thenakedscientists.com/HTML/content/kitchenscience/exp/-324719c1f8/ • http://www.cheminst.ca/index.php?ci_id=2325&la_id=1 • http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/h2o.html

  15. Ďakujem Vám za pozornosť a Ing. Svobodovi za pomoc pri príprave experimentu

More Related