Un magnetron este un dispozitiv care folosește interacțiunea unui flux de electroni, ghidat de un câmp magnetic, cu cavitățile dintr-un bloc de cupru pentru a produce radiații cu microunde. Gama de frecvență a radiației depinde de mărimea cavităților. Dispozitivele sunt folosite în radar și cuptoare cu microunde, unde radiația provoacă vibrarea moleculelor din alimente – în special moleculele de apă -, ceea ce duce la o creștere rapidă a temperaturii care este suficientă pentru a găti alimentele.
Cum funcționează
Un magnetron constă dintr-un cilindru scurt de cupru cu un număr de cavități care se deschid într-o cameră de vid centrală care conține un catod metalic. Un magnet permanent oferă un câmp magnetic care rulează paralel cu axa cilindrului. Catodul este încălzit de un curent continuu de înaltă tensiune, determinându-l să producă electroni care curg spre peretele cilindrului, în unghi drept cu câmpul magnetic. Electronii sunt deviați de câmp în căi curbe, determinându-i să creeze curenți circulari în interiorul cavităților. Acești curenți produc radiații cu microunde la frecvențe care sunt legate de dimensiunea cavităților.
Cuptoarele cu microunde trebuie apoi direcționate acolo unde sunt necesare. Acest lucru se realizează printr-o structură metalică cunoscută sub numele de ghid de undă, de-a lungul căreia se deplasează undele. În mod normal, se extinde în afara corpului principal dintr-una dintre cavități, captând microundele și ghidându-le de-a lungul lungimii sale. În cazul unui magnetron folosit pentru radar, ghidul de undă se va conecta la o antenă care transmite undele. Într-un cuptor cu microunde, va direcționa undele în camera cuptorului, astfel încât să poată fi folosite pentru gătit.
Utilizeaza
Magnetronii sunt utilizați pentru a genera microunde pentru radar, deoarece pot obține puterea necesară. Un dezavantaj al unui magnetron simplu este că, deși gama de frecvențe produse este determinată de dimensiunea cavităților, există variații în acest interval, datorită fluctuațiilor curentului și schimbărilor de temperatură. Deși aceasta nu este o problemă atunci când energia produsă este folosită pentru încălzire, aceasta afectează acuratețea imaginilor radar. Acest lucru poate fi depășit folosind materiale conductoare reglabile care pot fi introduse în cavități pentru a regla radiația după cum este necesar.
Cea mai familiară utilizare a magnetronilor este în cuptoarele cu microunde. Acestea direcționează valurile într-o cameră mică de gătit, unde alimentele pot fi gătite foarte rapid. Unele molecule din alimente sunt polare, ceea ce înseamnă că au o sarcină pozitivă pe o parte și o sarcină negativă pe cealaltă. Aceste molecule, atunci când sunt bombardate cu radiații electromagnetice în domeniul microundelor, se aliniază la câmpurile electrice și magnetice alternative produse de unde, făcându-le să vibreze rapid, ceea ce duce la încălzire rapidă. O astfel de moleculă este apa, care este prezentă în cantități semnificative în majoritatea alimentelor.
Istorie
În anii 1920, Albert Hull, angajat la o cunoscută companie electrică, cerceta tuburile cu vid când a creat magnetronul. Cu toate acestea, Hull s-a putut gândi la puține utilizări pentru invenția sa și a rămas în mare parte nefolosită de ceva timp. La sfârșitul anilor 1930 și începutul anilor 1940, doi ingineri pe nume Harry Boot și John Randall au decis să exploreze dispozitivul în continuare. Versiunile anterioare constau dintr-un catod și anozi în interiorul unui tub de sticlă, dar Boot și Randall au folosit în schimb cupru, un bun conductor electric, pentru a construi o carcasă cu cavități care acționau și ca un anod. Acest lucru a dus la un dispozitiv mult mai puternic, producând o putere de 400 de wați într-un spațiu mai mic de patru inci (10 cm).
Pe măsură ce Boot și Randall au dezvoltat tuburi magnetron mai puternice, au descoperit că acestea sunt ideale pentru radar. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, submarinele Statelor Unite au început să le folosească, ceea ce a permis echipamentului radar să detecteze mai rapid navele inamice. La sfârșitul anilor 1940, dr. Percy Spenser, un inginer și inventator american, a testat în continuare producția de tuburi magnetron în laboratorul său. El a observat că batonul de bomboane din buzunar s-a topit complet în timp ce lucra cu tuburile. S-a hotărât să plaseze câteva boabe de floricele de porumb lângă mașinărie pentru a vedea ce se va întâmpla și a observat că a făcut boabele să explodeze.
Dr. Spenser si-a chemat asistenta si cei doi barbati au decis sa puna un ou intreg langa aparat. Când oul a explodat, dr. Spenser și-a dat seama că a descoperit o formă fascinantă de gătit. Spenser a continuat să ajute la crearea primului cuptor cu microunde din lume în 1947. Modelul inițial cântărea peste 700 de lire sterline (318 kg), avea peste 1.5 metri înălțime și a costat mai mult de 5,000 de dolari SUA (USD).