Tip:
Highlight text to annotate it
X
Jak funguje mikrovlnná troubaEngineerGuy, 4. série
Takováto mikrovlnná trouba je opravdu pozoruhodný strojírenský počin.
Rychlé ohřívání, díky kterému jsou mikrovlny tak oblíbené,
je umožněno výkonem
této elektronky.
Pokud si představíte nějakou elektronku, bude to pravděpodobně
v takovémhle rádiu.
Drobné tranzistory a mikročipy nevyhnutelně nahradily
ohromné elektronky, ale i tak je příliš brzy
na to je odsunout do muzeí.
Mikročipy nemohou jednoduše nahradit elektronky z hlediska výkonu.
Například pro ohřívání jídla.
Takže, mikrovlnka se skládá ze tří hlavních částí.
Druh elektronky zvaný magnetron,
který vytváří energii pro ohřev jídla.
Vlnovod schovaný ve stěně, který navádí energii k jídlu
a komoru pro jídlo, která odstíní mikrovlnné záření.
V principu mikrovlnná trouba ohřívá jídlo naprosto stejně
jako jakýkoli jiný způsob šíření tepla.
Na molekulární úrovni je teplo šíření energie,
díky kterému se zrychlí pohyb molekul v látce.
Jelikož nežijeme na úrovni kvantové fyziky,
pozorujeme tento zrychlený pohyb
jako zvýšenou teplotu.
V tradiční troubě nebo na sporáku ohříváme jídlo
jeho umístěním na pánev nebo vařič
nebo do trouby, jejíž stěny vyzařují teplo,
což opéká vnější stranu jídla.
Vnitřek se peče šířením tepla od povrchu
jídla směrem dovnitř.
Naopak energie z magnetronu proniká
skrz jídlo, tudíž se celé
ohřívá najednou.
Jak to dělá?
No, naše jídlo je vyplněno vodou,
která je na jednom konci nabitá kladně
a na druhém zá***ě.
Pro předání energie těmto molekulám
je vystavíme elektromagnetickým vlnám šířícím se z elektronky.
Podle definice mají vlny elektrické a magnetické pole,
které rychle střídá směr.
V této troubě se směr polí mění
2,45 miliardkrát za vteřinu.
Voda se snaží zarovnat podle elektrického pole.
Měnící se pole rozhoupává molekuly vody
rychle tam a zpět, a molekulární tření
vytváří teplo, zatímco pohyb narušuje
vodíkové vazby sousedních molekul vody.
O vlnové délce záření z magnetronu
si můžete udělat představu pomocí sýru.
Zde si můžete všimnout oblastí, kde je sýr
úplně rozteklý, přičemž jinde zase vůbec nebyl ohřátý.
Kovové stěny trouby odráží pouze vlny
o délce, která se do trouby vejde.
Toto stojaté vlnění vytváří v troubě teplá a studená místa.
Trojrozměrný systém vln není snadné si představit,
ale princip je stejný jako
s vlnami v jediném rozměru.
Vrcholky a prohlubně ve vlně představují
nejvyšší energie,
zatímco uzly odpovídají \"chladným\" místům v komoře.
Pokud změřím vzdálenost mezi místy s rozeklým sýrem,
naměřím přibližně 6,4 cm,
což je polovina vlnové délky,
vzdálenost mezi uzly,
a značně se blíží skutečné vlnové délce používaného mikrovlnného záření.
Pomocí této vlnové délky mohu odhadnout frekvenci mikrovlnného záření.
Frekvence je vedle vlnové délky závislá na rychlosti světla.
Takto získáme odpověď s asi jen 4 až 5% chybou.
To vůbec není špatné vzhledem k metodě měření.
Skutečné strojírenství v mikrovlnné troubě
spočívá ve výrobě magnetronu
vyrábějící vysokovýkonnostní rádiové vlny.
Jde skutečně o úžasné, revoluční zařízení.
Elektronka se nachází zde.
Toto je tepelný výměník,
tenké kovové destičky odvádějící přebytečné teplo z magnetronu.
Klíčové části jsou tyto dva magnety a
elektronka.
Mám ještě jednu, aby bylo vidět dovnitř.
Přivedete velké napětí přes
vnitřní vlákno a měděný obal.
Napětí \"vyvaří\" elektrony z vlákna uprostřed
a ty pak odlétají směrem k měděnému obalu.
Vlákno je vyrobeno z wolframu a thoria.
Wolfram odolává vysokým teplotám
a thorium je dobrým zdrojem elektronů.
Magnety tyto elektrony zakřivují tak,
že se vrátí zpět do středu k vláknu.
Upravíme magnetickou sílu tak, aby
obíhající elektrony jen těsně prolétly kolem těchto dutin.
Stejně jako pískání foukáním do z části plné lahve,
toto vytvoří oscilační vlnu - mikrovlnné záření, které ohřeje jídlo.
Je prostě ohromující, že tyto dutiny můžeme vyrobit
s takovou přesností, nízkou cenou a neuvěřitelně vysokou spolehlivostí.
Já jsem Bill Hammack, EngineerGuy.
Toto video je založeno na kapitole knihy
Eight Amazing Engineering Stories(Osm úžasných strojírenských příběhů).
Tato kapitola obsahuje více informací o tomto tématu.