Mikrowellenradar und geschmolzenes Karamell

Haben Sie jemals einen geschmolzenen Schokoriegel in Ihrer Tasche entdeckt? Sie denken sofort über die Wärmequellen nach, die die Katastrophe verursacht haben. Warst du zu nah am Herd, warst du zu lange draußen in der Sommerhitze oder hast du einfach darauf gesessen? Oder wurde es vielleicht dadurch verursacht, dass man sich in der Nähe eines summenden Geräts befand, etwas, das überhaupt keine Wärme zu erzeugen scheint? Wenn Sie zusammen mit uns gelesen haben, wissen Sie, über welches Gerät ich spreche.

Das letzte Mal haben wir über einen Effekt gesprochen, der als Hohlraumresonanz bekannt ist, und darüber, wie ein Klang erzeugt wird, der einer Musiknote ähnelt, wenn wir auf eine Glasflasche blasen, die etwas Luftraum enthält. Durch unsere Atmung springen die Luftmoleküle in den Hohlraum der Flasche hinein und aus diesem heraus und erzeugen das Geräusch. Die Mikrowellentechnologie funktioniert auf sehr ähnliche Weise und verwendet ein elektronisches Gerät, das als Resonanzhohlraum-Magnetron bezeichnet wird. Aber anstatt einen Musikton zu erzeugen, wie es unser Atem über der Flasche tut, erzeugt das Magnetron kurzwellige Radiowellen, sogenannte Mikrowellen, und wurde ursprünglich entwickelt, um diese Mikrowellen für Radarsysteme zu erzeugen. Wie funktioniert das Magnetron?

Das Magnetron enthält eine Reihe von Hohlräumen, die in einem Kreis angeordnet sind und deren Öffnungen zur Mitte zeigen (siehe Abbildung 1). Die Ingenieure stellten fest, dass die Elektronen bei Anlegen einer Hochspannung, beispielsweise 4000 Volt, an das Magnetron zu kochen beginnen durch ein Filament, Kathode genannt, das sich in seiner Mitte befindet. Sobald sie frei von der Kathode sind, wollen die Elektronen in einen Teil des Magnetrons fließen, der als Anode bezeichnet wird. Dies liegt daran, dass die Kathode positiv und die Anode negativ geladen ist und, wie wir wissen, Elektronen gerne von positiv nach negativ fließen. Die Anode ist auch der Teil des Magnetrons, der die Hohlräume enthält, und wir werden gleich sehen, was dies bedeutet.

Abbildung 1 – Innenansicht eines Magnetrons mit Resonanzhohlraum

Bevor die Elektronen ihren gewünschten geraden Weg zur Anode finden können, werden sie von starken Magneten abgelenkt, die sich an jedem Ende des Magnetrons befinden. Diese Magnete zwingen die Elektronen, sich kreisförmig über die Öffnungen der Hohlräume zu bewegen. Wie Luftmoleküle, die beim Durchblasen über eine Soda-Flasche strömen, bewegen sich Elektronen über jede Hohlraumöffnung im Magnetron und erzeugen keine Musiktöne, sondern Mikrowellen. Die Mikrowellen werden dann unter Verwendung einer Antenne vom Magnetron gesammelt und entlang einer Röhre gerichtet, die als Wellenleiter bezeichnet wird. Mikrowellen verlassen den Wellenleiter, wenn sie von Radarsystemen übertragen werden. Das Radarsystem sendet dann die Mikrowellen zu den sich bewegenden Objekten, die sie verfolgen möchten. Diese verfolgten Objekte sind so unterschiedlich wie Flugzeuge, Schiffe und Wettermuster. Siehe Abbildung 2.

Abbildung 2 – Mikrowellenradarübertragung

Wie passt der Mikrowellenherd in unsere Diskussion? 1946 arbeitete ein Ingenieur namens Percy Spencer an einem Radarmagnetron für die Raytheon Corporation, einem Hersteller elektronischer Technologie für Industrie und Verteidigung. Während seiner Arbeit war er unerwartet der Mikrowelle eines Wellenleiters ausgesetzt, und er konnte nicht anders, als zu bemerken, dass der Schokoriegel in seiner Tasche geschmolzen war. Sie stellte zwei plus zwei zusammen und stellte fest, dass die Mikrowellen den Schokoriegel zum Aufheizen gebracht hatten. Dr. Spencer experimentierte weiter und kam zu dem Schluss, dass Mikrowellen Lebensmittel viel schneller kochen können als herkömmliche Öfen, und bald war das moderne Küchengerät geboren.

Das nächste Mal werden wir sehen, wie Dr. Spencers Entdeckung des Mikrowellenkochens zum Mikrowellenofen wurde, der in den meisten Küchen zu finden ist. Wir werden auch sehen, wie selbst ein ausgesteckter Mikrowellenherd eine Stromschlaggefahr darstellen kann, wie ich in der Discovery Channel Show, in der ich kürzlich aufgetreten bin, Neugierige und ungewöhnliche Todesfälle.

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