Tip:
Highlight text to annotate it
X
Werking van de microgolfoven - EnineerGuy Reeks #4
Deze microgolf is een opmerkelijk staaltje van techniek.
De grote snelheid van opwarming dat microgolfovens populair heeft gemaakt
is te danken aan de energie afkomstig van
deze vacuum buis
Als je nu een vacuum buis wil inbeelden, kan je dit het best zien in
een lampenradio zoals deze.
Onvermijdelijk hebben kleine transistoren en microchips
logge vacuumbuizen vervangen, maar het is nog te vroeg
om ze naar het museum te verbannen.
Microchips kunnen de vacuumbuizen niet vervangen als het gaat om genereren van energie.
Bijvoorbeeld, voor het opwarmen van voedsel.
Een microgolfoven bestaat uit drie onderdelen
Een vacuum buis, ook magnetron geheten
het genereert de energie dat voedsel opwarmt.
Een golfgeleider verstopt in de wand, die de energie naar het voedsel geleidt
en een kamer om het voedsel in te plaatsen en om de microgolf straling binnen te houden.
In principe verwarmt een microgolfoven niet anders
dan een ander type van warmteoverdracht.
Op moleculair niveau is warmte niets anders dan energieoverdracht
met als resultaat een verhoging van de beweging van moleculen in een substantie.
Aangezien we niet op atomair niveau leven
worden we deze bewegingen gewaar
als een verhoging van de temperatuur
In een traditionele oven of fornuis verwarmen we voedsel
door een pan op een brander te plaatsen
of in een oven waar de wanden de warmte uitstralen,
waardoor de buitenkant van het voedsel gaat koken.
De binnenkant kookt pas wanneer de warmte van de oppervlakte
de binnenzijde van het voedsel bereikt.
Daarentegen, energie van de magnetron dringt
tot binnen in het voedsel, wat inhoudt dat de hele *** voedsel
tegelijk kan gaan koken.
Hoe doen we dit?
Wel, onze voeding bevat veel water,
deze moleculen zijn positief aan een zijde,
en negatief aan de andere zijde.
Om deze moleculen meer energie te geven,
stellen we ze bloot aan elektromagnetische golven afkomstig uit de vacuumbuis.
Bij definitie bestaan deze golven uit elektrische en magnetische velden
die heel snel van richting veranderen.
Voor deze oven, veranderen de richting van de velden
2.45 miljard keer per seconde.
Watermoleculen proberen zich te richten in het elektrisch veld van de straling.
Het wisselend veld schudt de watermoleculen
heel snel heen en weer en de moleculaire wrijving
veroorzaakt warmte omdat de beweging
waterstofbruggen tussen naburige watermoleculen doorbreekt.
Nu kan je een idee krijgen van de golflengte van de energie
uitgestraald door de magnetron door gebruik te maken van kaas.
Je kan zien dat er stukken zijn waar de kaas
totaal gesmolten is en andere gedeelten waar het helemaal niet opgewarmd is.
De metalen wanden van de oven reflecteren enkel golven
met lengtes die in de oven passen.
Deze staande golven veroorzaken warme en koude plaatsen in de oven.
Het driedimensioneel patroon van golven is moeilijk te voorspellen,
maar het principe kan men zien door te kijken
naar golven in 1 dimensie.
De pieken en dalen in de golf stellen
de grootste energie voor in de golf,
terwijl de knoopunten overeenkomen met de \"koude\" plaatsen in de kamer.
Als je nu de afstand meet tussen de gesmolten gedeelten van de kaas
meet ik ongeveer 6.4 centimeter
Dit zou dan de helft zijn van de golflengte
de afstand tussen de knopen
en dit is dicht in de buurt van de golflengte van de microgolfstraling die gebruikt wordt.
Aan de hand van die golflengte kan ik de frequentie van de microgolfstraling schatten.
De frequentie is de verhouding van de lichtsnelheid over de golflengte.
Het antwoord dat ik krijg heeft slechts een fout van 4 of 5 percent.
Niet slecht voor zo een primitieve meting.
De kunst van het ontwerpen van een microgolfoven
ligt in het vervaardigen van de magnetron
die radiogolven kan produceren met hoge energie.
Het is een werkelijk een geweldig en revolutionair apparaat.
De vacuumbuis bevindt zich hier binnenin.
Dit zijn koelvinnen
dunne metalen plaatjes die de warmte dissiperen wanneer de magnetron in werking is.
De sleutelonderdelen zijn deze twee magneten en
de vacuumbuis.
Ik heb hier nog een ander zodat je de binnenkant kan zien.
Je stelt een grote spanning in over
het binnenste filament en de de cirkelvormige buitenwand.
Deze spanning \"kookt\" elektronen van het centraal filament
die dan vliegen naar het cirkelvormige buitengedeelte.
Dit filament is gemaakt van tungsteen en thorium.
Tungsteen omdat het tegen hoge temperaturen kan
en thorium omdat het een goede bron is voor elektronen.
De magneten buigen deze elektronen af zodat ze
terugkeren naar het centraal filament.
Het magneetveld wordt zo aangepast dat we nu
ronddraaiende elektronen hebben die ronddraaien over deze holten.
Net zoals het blazen over een halfvolle fles frisdrank om te fluiten,
onstaat hier ook een oscillerende golf - de microgolf straling die het voesel opwarmt.
Het is gewoonweg verbazend hoe deze holten gemaakt kunnen worden
met hoge precisie, lage kost en een onvoorstelbare hoge betrouwbaarheid.
Ik ben Bill Hammack, de EngineerGuy.
Deze video is gebaseerd op een hoofdstuk uit het boek
Eight Amazing Engineering Stories.
Het hoofdstuk bevat meer informatie over dit onderwerp.