Mikrovlny

1. Mikrovlny

2. Historie mikrovln • Objev elektromagnetického záření, v jejichž spektru jsou mikrovlny, učinil James Clerk Maxwell v roce 1886 svými známými rovnicemi. V roce 1888 Heinrich Hertz demonstroval existenci elektromagnetických vln, když vyrobil aparaturu, která produkovala a detekovala mikrovlny ve spektru VKV (velmi krátkých vln).

3. Že mohou mikrovlny sloužit k ohřevu potravin, si poprvé všiml Percy Spenser, když vyráběl magnetron pro radar firmě Raytheon , a zjistil, že se mu v kapse rozpustila čokoláda. • Objev elektromagnetického záření, v jejichž spektru jsou mikrovlny, učinil James Clerk Maxwell v roce 1886 svými známými rovnicemi. • V roce 1888 Heinrich Hertz demonstroval existenci elektromagnetických vln, když vyrobil aparaturu, která produkovala a detekovala mikrovlny ve spektru VKV (velmi krátkých vln).

4. Objevitelé: James Clerk Maxwell • (* 13.června 1831 Middlebie u Edinburghu – †5.listopadu 1879 Cambridge ) byl všestranným Fyzikem .Jeho nejvýznamnějším objevem je obecný matematicky popis elektromagnetického pole dnes známý jako Maxwellovy rovnice . • Zjistil existenci elektromagnetických vln i že světlo je také elektromagnetické vlnění. • V roce 1871 se nechal přemluvit, aby se stal přednostou nově zřízené experimentální laboratoře v Cambridgi. Jednalo se o tzv. Cavendishovu laboratoř. Zde pracoval a učil až do své smrti (zemřel na rakovinu ve věku 48 let).

5. Heinrich Rudolf Hertz • (22. února 1857 Hamburk- 1.ledna 1894 Bonn) experimentálně ověřil Maxwellovy a Faradayovy teoretické předpoklady o šíření elektromagnetických vln, a tím odstartoval cestu k vývoji bezdrátového spojení. Je po něm pojmenována jednotka SI pro frekvenci – Hz.

6. Stručná charakteristika • Mikrovlny jsou vysokofrekvenční radiové vlny (radiofrekvenční elektromagnetická pole) a jsou – stejně jako viditelné světlo – částí elektromagnetického spektra. Mikrovlny se používají především pro vysílání televize, v radarech pro vzdušnou a námořní navigaci a pro telekomunikaci, počítaje v to mobilní telefony. Používají se také v průmyslu při zpracování materiálů, v lékařství pro léčbu diatermií a v kuchyních pro přípravu jídel.

7. Podobně jako světlo se mikrovlny šíří prostorem, odrážejí se od předmětů a pohlcují v materiálech. • Kovové materiály mikrovlny úplně odrážejí, nekovové materiály jako sklo a některé plasty jsou pro mikrovlny většinou průhledné. Materiály, které obsahují vodu, například potraviny, kapaliny nebo tkáně účinně pohlcují mikrovlnnou energii, která se pak mění v teplo. Tento informační list se zabývá funkcí mikrovlnných trub a otázkami bezpečnosti provozu mikrovlnných trub používaných v domácnostech.

8. Mikrovlnná energie se v těle člověka absorbuje a zahřívá exponovanou tkáň. U orgánů, které mají špatnou cirkulaci krve a méně účinnou teplotní regulaci jako je oko, nebo u orgánů citlivých na teplotu jako například varlata, je riziko tepelného poškození větší. Tepelné poškození však může nastat jen při dlouhé expozici velmi vysokým výkonovým úrovním, které velmi překračují úrovně, jaké se naměří vně mikrovlnných trub.

9. Centimetrové vlny a kratší (mikrovlny) je pásmo elektromagnetického záření s frekvencí od 3 GHz až 300 GHz. • Vlastnosti síření centimetrových vln a kratších se blíží vlastnostem šíření světla. Za překážkami se vytváří ostré stíny. S ohledem na existenci radioreléových spojů je třeba plánovat i výstavbu domů nebo jiných výškových staveb, útlum způsobuje i lesní porost. Projevují se zde i vlivy počasí. • K útlumu dochází například při hustém dešti nebo mlze. O tato pásma se dělí jako největší uživatelé družicová služba, včetně družicového rozhlasu a televize a pevná služba.

10. Fotografie :H.R.Hertz a J.C. Maywell

11. Mikrovlnné efekty a jejich uplatněnív chemických laboratořích Mikrovlny většinou materiálů pronikají jako sluneční světlo sklem, některými materiály jsou silně pohlcovány a mikrovlnná energie se v nich přeměňuje na teplo, u jiných materiálů dochází především k odrazu mikrovln (na tomto principu je založeno jejich využití v radarech).

12. Schopnost silně pohlcovat mikrovlnné záření mají polární látky, např. voda, která má hlavní podíl na ohřevu potravin. Interakce mikrovln s molekulami polárních látek je velmi zajímavá. Polární molekuly jsou běžně neuspořádané, v elektrickém poli se orientují zápornou částí ke kladnému pólu a kladnou k zápornému. Při vysoké rychlosti oscilace pole nestačí molekuly tyto změny zcela sledovat a výsledkem pohybu a vzájemného „tření“ molekul je přeměna mikrovlnné energie na teplo.

13. Při ohřevu nehomogenních materiálu se proto silně zahřívá pouze polární část.S významným rozdílem od klasického ohřevu se setkáme i u mikrovlnného ohřevu homogenních materiálů, při kterém je nejvyšší teplota uvnitř materiálu a klesá směrem k povrchu. Teplotní profil je opačný než u klasického ohřevu.

14. Využití v praxi Mikrovlny jsou vysokofrekvenční elektromagnetické záření s frekvencí v intervalu 30–0,3 GHz, těmto hodnotám odpovídá vlnová délka 0,01–1 m. Byly objeveny v Anglii na počátku 40. let 20. století na univerzitě v Birminghamu, kde dva britští vědci sir John Randall a dr. H. A. H. Boo vynalezli zdroj mikrovlnného záření zvaný magnetron.

15. K prvnímu praktickému využití mikrovln došlo během II. světové války, jako součást britského radarového systému v letecké bitvě o Anglii. V radarové technice se mikrovlny uplatňují dodnes. V r. 1947 si všiml v USA firmy Raytheon Incorporated, že se v blízkosti radaru roztekla čokoláda a to ho přivedlo na myšlenku využít mikrovlny k ohřevu. Patent na mikrovlnnou troubu byl podán v r. 1952 a první mikrovlnka se na trhu objevila v r. 1961.

16. Byla velká jako skříň a stála 5000 dolarů. Zařízení se používalo pouze pro velké kuchyně a jeho vysoké pořizovací náklady, nízká spolehlivost a bezpečnost způsobily, že se novinka hned neujala. K jejímu komerčnímu úspěchu vedlo nakonec nejen technické zdokonalení a sériová výroba mikrovlnných ohřívačů pro malé domácnosti, ale také změna životního stylu, zaměstnanost žen a rostoucí nabídka mražených výrobků.

17. V Evropě se používání mikrovlnné trouby rozšířilo až po roce 1980. Mikrovlnný ohřev potravin je rychlý a vysoce ekonomický, neohřívá se nádoba, ani prostor a těleso trouby, ztráty energie jsou minimální, největší ztráty připadají na teplo uvolněné v magnetronu, který pracuje při frekvenci 2 450 MHz s účinností 65%

18. Dnes má mikrovlnný ohřev další široké využití především k účinnému a energeticky výhodnému sušení materiálů. V České republice jsou mikrovlny již od roku 1994 používány k sušení dřeva, které je nejen rychlejší, ale také levnější než v klasických sušárnách. Výhodou je, že k ohřevu dochází uvnitř dřeva a tlakem vznikající páry je vlhkost rychleji vytlačována k povrchu. Při klasickém ohřevu je vyšší teplota na povrchu dřeva, vlhkost z povrchu rychle uniká a vnitřní vlhkost postupuje k povrchu pomaleji.

19. Kromě sušení dřeva se mikrovlny využívají k sušení papíru, keramických a farmaceutických produktů, různých granulovaných materiálů nebo i přaden v textilním průmyslu. Významným přínosem bylo využití mikrovln k sušení knih, archiválií a dokumentů zasažených při ničivých povodních v r. 2002.

20. V tomto případě však sušení nebylo jednoduchým procesem vzhledem k obsahu různorodých složek, hrozilo přesušení a vypálení kovových součástí, nebo zničení barevných reprodukcí.Problémy byly nakonec úspěšně vyřešeny v Ústavu chemických procesů Akademie věd v Praze, což dokazuje vysušení více než 5 000 svazků a zájem o tuto rychlou, kvalitní a bezpečnou metodu v zahraničí (jedná se o prodej licence do USA).

21. Jinou oblastí, ve které nacházejí mikrovlny nejčastější uplatnění jsou telekomunikace a přenos dat. Ve světě je známé také použití mikrovln k předehřátí plastových granulátů před tvarováním, ke spojování plastů nebo jiných materiálů, dále k předehřátí tuhých paliv nebo pneumatik před protektorováním, ke slinování keramických výrobků nebo při vybarvování textilií. Významné je použití mikrovln při vytvrzování polymerů, při vulkanizaci pryže nebo při napěnování polymerů. Výrobci dnes ve světě nabízejí velká průmyslová zařízení pro ohřev a sušení s výkony řádově až několika set kW.

23. Tento projekt zpracovali: Lena =o* a Terka http://www.paralaxa.cz/prirodni-vedy/fyzika/52-mikrovlny-rentgen-a ostatni druhy-zareni http://cs.wikipedia.org/wiki/Mikrovlny http://cs.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell http://cs.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Rudolf_Hertz http://home.zcu.cz/~jkohout4/mikrovlny.html http://www.kuchyne.cz/userdata/images/18475whirlpool1.jpg http://www.mwm.cz/mwm/image02/003-2.jpg http://www.impreg.cz/images/vlny_v.jpg http://encyklopedie.seznam.cz/heslo/139113-mikrovlnyhttp://www.chemagazin.cz/Texty/CHXV_1_cl1.pdf