Το magnetron είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί την αλληλεπίδραση ενός ρεύματος ηλεκτρονίων, που καθοδηγείται από ένα μαγνητικό πεδίο, με κοιλότητες μέσα σε ένα μπλοκ χαλκού για την παραγωγή ακτινοβολίας μικροκυμάτων. Το εύρος συχνοτήτων της ακτινοβολίας εξαρτάται από το μέγεθος των κοιλοτήτων. Οι συσκευές χρησιμοποιούνται σε ραντάρ και φούρνους μικροκυμάτων, όπου η ακτινοβολία προκαλεί δόνηση των μορίων των τροφίμων —ιδιαίτερα των μορίων του νερού—, οδηγώντας σε ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας που είναι επαρκής για το μαγείρεμα του φαγητού.
Πώς Λειτουργεί
Ένα μαγνήτρον αποτελείται από έναν κοντό χάλκινο κύλινδρο με έναν αριθμό κοιλοτήτων που ανοίγουν σε έναν κεντρικό θάλαμο κενού που περιέχει μια μεταλλική κάθοδο. Ένας μόνιμος μαγνήτης παρέχει ένα μαγνητικό πεδίο που εκτείνεται παράλληλα με τον άξονα του κυλίνδρου. Η κάθοδος θερμαίνεται από ένα συνεχές ρεύμα υψηλής τάσης, με αποτέλεσμα να παράγει ηλεκτρόνια που ρέουν προς το τοίχωμα του κυλίνδρου, σε ορθή γωνία προς το μαγνητικό πεδίο. Τα ηλεκτρόνια εκτρέπονται από το πεδίο σε καμπύλες διαδρομές, με αποτέλεσμα να δημιουργούν κυκλικά ρεύματα μέσα στις κοιλότητες. Αυτά τα ρεύματα παράγουν ακτινοβολία μικροκυμάτων σε συχνότητες που σχετίζονται με το μέγεθος των κοιλοτήτων.
Τα μικροκύματα πρέπει στη συνέχεια να κατευθυνθούν εκεί που χρειάζονται. Αυτό επιτυγχάνεται με μια μεταλλική κατασκευή γνωστή ως κυματοδηγός, κατά μήκος της οποίας ταξιδεύουν τα κύματα. Συνήθως εκτείνεται έξω από το κύριο σώμα από μία από τις κοιλότητες, συλλαμβάνοντας τα μικροκύματα και καθοδηγώντας τα κατά μήκος του. Στην περίπτωση ενός magnetron που χρησιμοποιείται για ραντάρ, ο κυματοδηγός θα συνδεθεί με μια κεραία που μεταδίδει τα κύματα. Σε ένα φούρνο μικροκυμάτων, θα κατευθύνει τα κύματα στον θάλαμο του φούρνου, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μαγείρεμα.
μπορείτε να χρησιμοποιήσετε
Τα μαγνητόνια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μικροκυμάτων για ραντάρ, καθώς μπορούν να επιτύχουν την απαιτούμενη ισχύ εξόδου. Ένα μειονέκτημα με ένα απλό μαγνητρόνιο είναι ότι, αν και το εύρος των παραγόμενων συχνοτήτων καθορίζεται από το μέγεθος των κοιλοτήτων, υπάρχει διακύμανση εντός αυτού του εύρους, λόγω των διακυμάνσεων του ρεύματος και των αλλαγών στη θερμοκρασία. Αν και αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα όταν η παραγόμενη ενέργεια χρησιμοποιείται για θέρμανση, επηρεάζει την ακρίβεια των εικόνων ραντάρ. Αυτό μπορεί να ξεπεραστεί χρησιμοποιώντας ρυθμιζόμενα αγώγιμα υλικά που μπορούν να εισαχθούν στις κοιλότητες για να συντονιστεί η ακτινοβολία όπως απαιτείται.
Η πιο γνωστή χρήση των μαγνητρονίων είναι στους φούρνους μικροκυμάτων. Αυτά κατευθύνουν τα κύματα σε ένα μικρό θάλαμο μαγειρέματος, όπου το φαγητό μπορεί να μαγειρευτεί πολύ γρήγορα. Ορισμένα μόρια στα τρόφιμα είναι πολικά, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν θετικό φορτίο στη μία πλευρά και αρνητικό φορτίο στην άλλη. Αυτά τα μόρια, όταν βομβαρδίζονται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή μικροκυμάτων, ευθυγραμμίζονται με τα εναλλασσόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που παράγονται από τα κύματα, προκαλώντας ταχεία δόνηση, γεγονός που οδηγεί σε γρήγορη θέρμανση. Ένα τέτοιο μόριο είναι το νερό, το οποίο υπάρχει σε σημαντικές ποσότητες στα περισσότερα τρόφιμα.
Η Ιστορία Μας
Στη δεκαετία του 1920, ο Άλμπερτ Χαλ, υπάλληλος σε μια γνωστή εταιρεία ηλεκτρικής ενέργειας, ερευνούσε σωλήνες κενού όταν δημιούργησε το μάγνητρον. Ο Χαλ, ωστόσο, μπορούσε να σκεφτεί λίγες χρήσεις για την εφεύρεσή του και παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό αχρησιμοποίητη για αρκετό καιρό. Στα τέλη της δεκαετίας του 1930 και στις αρχές της δεκαετίας του 1940, δύο μηχανικοί, ο Χάρι Μποτ και ο Τζον Ράνταλ αποφάσισαν να εξερευνήσουν περαιτέρω τη συσκευή. Οι προηγούμενες εκδόσεις αποτελούνταν από μια κάθοδο και άνοδος μέσα σε έναν γυάλινο σωλήνα, αλλά ο Boot και ο Randall χρησιμοποίησαν χαλκό, έναν καλό ηλεκτρικό αγωγό, για να κατασκευάσουν ένα περίβλημα με κοιλότητες που λειτουργούσαν επίσης ως άνοδος. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια συσκευή που ήταν πολύ πιο ισχυρή, που παρήγαγε ισχύ 400 watt σε χώρο μικρότερο από τέσσερις ίντσες (10 cm).
Καθώς ο Boot και ο Randall ανέπτυξαν ισχυρότερους σωλήνες μαγνητρόν, ανακάλυψαν ότι αυτοί ήταν ιδανικοί για ραντάρ. Κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου, τα υποβρύχια των Ηνωμένων Πολιτειών άρχισαν να τα χρησιμοποιούν, γεγονός που επέτρεψε στον εξοπλισμό ραντάρ να ανιχνεύει τα εχθρικά πλοία πιο γρήγορα. Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, ο Δρ Percy Spenser, ένας Αμερικανός μηχανικός και εφευρέτης, δοκίμασε περαιτέρω την έξοδο των σωλήνων μαγνητρόν στο εργαστήριό του. Σημείωσε ότι η μπάρα καραμελών στην τσέπη του είχε λιώσει εντελώς ενώ δούλευε με τους σωλήνες. Αποφάσισε να τοποθετήσει λίγους πυρήνες ποπ κορν κοντά στο μηχάνημα για να δει τι θα συμβεί και παρατήρησε ότι έκανε τους πυρήνες να σκάσουν.
Ο Δρ Σπένσερ κάλεσε τον βοηθό του και οι δύο άντρες αποφάσισαν να τοποθετήσουν ένα ολόκληρο αυγό κοντά στη συσκευή. Όταν το αυγό έσκασε, ο Δρ Σπένσερ συνειδητοποίησε ότι είχε ανακαλύψει μια συναρπαστική μορφή μαγειρέματος. Ο Spenser συνέχισε να βοήθησε στη δημιουργία του πρώτου φούρνου μικροκυμάτων στον κόσμο το 1947. Το αρχικό μοντέλο ζύγιζε πάνω από 700 λίβρες (318 κιλά), ήταν πάνω από πέντε πόδια (1.5 μέτρο) ύψος και κόστιζε περισσότερα από 5,000 δολάρια ΗΠΑ (USD).