Содержание

СВЧ диапазон | Основы электроакустики

Интенсивное освоение электромагнитного излучения СВЧ диапазона началось в 30х годах прошлого столетия и продолжается по сей день.  К СВЧ диапазону относят область частот от 300 МГц – 300 ГГц, т.е.

  • дециметровые
  • сантиметровые
  • миллиметровые длины волн.

 Первоначально оно стимулировалось потребностями военной техники, прежде всего необходимостью совершенствования РЛС. Действующие в это время РЛС были громоздки и не обеспечивали достаточную точность определения координат цели. Чтобы уменьшить габариты и увеличить точность, необходимо было уменьшить длину волны используемого электромагнитного излучения, т.е. перейти к использованию излучения СВЧ диапазона. Оказалось, что при таком уменьшении длины волны изменяются условия взаимодействия излучения с веществом и распространения в различных средах настолько, что старая экспериментальная база, созданная для метрового диапазона, становится малопригодной в СВЧ диапазоне.

Поэтому для освоения электромагнитного излучения СВЧ диапазона потребовалось создать новую элементную базу с учетом особенностей излучения данного диапазона. За короткое время был разработан целый класс нового типа элементов и приборов, работающих в СВЧ диапазоне. Это прежде всего

  • объемные и открытые резонаторы;
  • коаксиальные, волноводные, полосковые линии передачи;
  • генераторы, усилители, умножители частоты,
  • измерительная аппаратура.

Они работают на иных физических принципах.Созданный комплекс радиоэлектронной аппаратуры не только решил задачу совершенствования РЛС, но и позволил существенно расширить область применения СВЧ излучения. Сформировались новые направления в радиоэлектронике: радиоастрономия, спутниковая и радиорелейная связь, радиоспектроскопия, квантовая радиофизика, экспериментальная ядерная физика с использованием ускорителей и т.д.

Появление и становление этих направлений обусловлено особенностями СВЧ излучения. Появление радиоастрономии и спутниковой связи связано с наличием окон прозрачности в атмосфере и ионосфере.

По этой причине невозможна тропосферная связь в СВЧ диапазоне, и появилась радиорелейная связь. Энергия кванта в СВЧ диапазоне сравнима с энергией возбуждения и ионизации молекул и атомов различных веществ. Эта особенность важна для радиоспектроскопии и квантовой радиофизики, плазменных и тепловых СВЧ технологий.

Дальнейший прогресс в радиоэлектронике СВЧ связывают с освоением излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Повышается разрешающая способность систем радионаблюдения, увеличивается энергия кванта, и появляются дополнительные возможности в радиоспектроскопии химических и биологических объектов, достигается более высокая степень фокусировки излучения и возможность его использования в термоядерных реакциях и других технологических операциях.

Появляется возможность освоения в полном объеме информационных возможностей диапазона. Ширина полосы пропускания СВЧ диапазона на 3-4 порядка выше ширины пропускания остальной части радиодиапазона. Это позволяет передавать большой объем информации и повысить качество передачи информации путем использования помехоустойчивых широкополосных видов модуляции. С уменьшением длины волны уменьшается дифракционная расходимость формируемых антеннами волновых пучков. Это, в первую очередь, имеет важное значение для радиорелейных. линий связи и РЛС. Высокая направленность излучения позволяет повысить помехоустойчивость радиосвязи, точность определения координат, скрытность передачи информации, дальность действия РЛС и т.д.

С каждым годом возрастает объем передаваемой информации (количество передаваемой информации увеличивается в два раза каждые 6-7 лет), поэтому системы связи должны постоянно совершенствоваться. Т.к. СВЧ диапазон является самым большим по информационной емкости, поэтому техника СВЧ связи находит все большее применение, но и здесь есть специфические особенности, к которым относится:

  • Размеры СВЧ антенны существенно больше длины волны, поэтому можно получить остро направленные антенны. Высокая направленность антенн позволяет во много раз повысить помехоустойчивость радиосистем, разрешающую способность, точность определения координат.
  • В СВЧ диапазоне длина волны становится соизмеримой с размерами элементов цепей, проводников и т.д. В результате этого в радиотехнических схемах за счет излучения происходит увеличение потерь, возникают нежелательные и обычно не контролируемые связи между элементами схем. Поэтому, при переходе к СВЧ диапазоны конструкции элементов схем должны быть изменены так, чтобы ЭМП их полностью находились в замкнутых металлических объемах.
  • По мере увеличения частоты затрудняется применение элементов радиотехнических схем: конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов. Так, например емкостная проводимость между витками катушки индуктивности становится в СВЧ диапазоне настолько большой, что катушка представляет собой последовательность соединенных контуров, а не чистую индуктивность.
  • СВЧ энергия распространяется в основном вне проводников, которые либо ограничивают пространство, где располагается энергия (волноводы, коаксиальные линии), либо задают направление распространения энергии (проводники двух проводных линий, однопроводные линии передачи (ОЛП)).

В Роскачестве развеяли мифы о вреде микроволновок

Роскачество совместно с британскими специалистами разбирают основные мифы о СВЧ-печах.

Опасность излучения, исходящего из обычной микроволновой печи, не доказана. Эксперты Роскачества совместно с британской потребительской организацией «Which?» разбирают три основных мифа о микроволновках.

МИФ № 1 — микроволны нейтрализуют полезные вещества

По мнению британских специалистов, пищевая ценность еды, приготовленной в микроволновке, не меньше, чем у еды, приготовленной на плите.

Микроволны, проходя сквозь пищу, быстро греют еду внутри и снаружи. Это позволяет сохранить многие витамины и микроэлементы, которые разрушаются при более длительном нагревании (как например, при варке в кастрюле или жарке на сковороде).

Кроме того, для варки в микроволновке обычно требуется меньше воды — как следствие, полезные нутриенты, которые содержатся в пище, не мигрируют в воду так сильно, как это происходит при кипячении на плите.

МИФ № 2 — микроволновки радиоактивны

Микроволновое (СВЧ-излучение) и радиоактивное излучение — это не одно и то же и сравнивать их никак нельзя. Ранее Роскачество объяснило, что в СВЧ-печи нет никакой радиации, вместо неё — обычные электромагнитные волны, сверхвысокие частоты, которые сравнимы скорее с частотами мобильной связи, а не с радиоактивным излучением. 

Электромагнитные волны проходят насквозь и гаснут, а не накапливаются в продукте и не меняют структуру еды. А конструкция микроволновок гарантирует, что устройство работает только тогда, когда дверца плотно закрыта — в этом случае волны удерживаются внутри.

Роскачество проводило тест на утечку микроволнового излучения с помощью специального детектора. Детектор «прошёлся» по уплотнению дверцы, окну, панели управления, вентиляционным отверстиям, шнуру питания и другим внешним элементам. Ни в одном случае эксперты не зафиксировали «выхода» микроволн за пределы печи.  

Важно. Вокруг работающей микроволновки может фиксироваться повышенное электромагнитное излучение. Оно исходит практически от всех электроприборов (телевизоров, чайников, компьютеров, смартфонов), когда они используются или просто включены в розетку.

Интенсивность излучения от каждого конкретного источника разная. Чем дольше мы находимся в электромагнитном поле, тем больше шансы на появление каких-либо последствий: например, головокружение, бессонница, либо скачки давления и аритмия.

Без специального оборудования нельзя узнать, подвергаемся ли мы прямо сейчас этому воздействию или нет. Поэтому старайтесь выключать такие приборы из розетки и не располагайте рядом с головой мощные источники электромагнитного излучения.

МИФ № 3 — еда, приготовленная в микроволновке, вызывает рак 

Фактические данные показывают, что нет никакой связи между использованием микроволновой печи и повышенным риском рака. В контексте риска этого заболевания гораздо важнее то, что именно вы разогреваете в микроволновке. 

— Старайтесь выбирать продукты с низким содержанием сахара, соли и жира, а также внимательно читайте маркировку на наличие различных добавок, — объясняют британские специалисты.

ФАКТ — разогревать еду в микроволновке, используя пластиковую тару, опасно

Многие разогревают пищу в пластиковых контейнерах, считая, что раз контейнер пищевой, то это безопасно. Однако в пластике могут содержаться токсичный бисфенол-А, фталаты и другие потенциально опасные соединения, которые мигрируют в пищу при нагревании.

Считается, что пластик с маркировкой PP 5 безопасен для пищевых продуктов (в том числе и при нагревании), но в микроволновой печи температура может быть выше, чем предельная отметка для PP5 (а это более 100 °С).

Пластиковая тара для разогревания в СВЧ-печи должна иметь специальную маркировку — пиктограмма микроволновой печи. Далеко не все пищевые контейнеры так маркированы. Поэтому если вы не видите на пластиковой таре этого знака, то лучше всегда перекладывать пищу в стеклянную или керамическую посуду.

Нашли ошибку? Выделите текст, нажмите ctrl+enter и отправьте ее нам.

Не сушите кошку в микроволновке!

Нас буквально взяли в тиски разнообразные радиоэлектронные и электротехнические приборы, которыми мы пользуемся и дома, и на работе. Их высокочастотные электромагнитные поля пронизывают окружающий мир и могут воздействовать на человека. Всегда ли такое излучение безобидно? Об этом рассказывает Николай БЫЧКОВ – заместитель заведующего кафедрой промышленной экологии Калужского филиала МГТУ имени Н.Э. Баумана, член-корреспондент Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы, кандидат технических наук, доцент.

– Николай Александрович, давайте начнем с самых азов: что такое СВЧ?

– Микроволновое или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение – это электромагнитные волны, часть спектра, лежащая между длинами волн, на которых работают радары, и длинами волн, на которых ведется телевизионное вещание.

– Некоторые люди считают, что любое излучение является тем же самым, что и радиоактивность. Так ли это?

– Нет! СВЧ-волны не являются ионизирующими, то есть при прохождении через среду они ее не ионизируют. Это означает, что никакого радиационного воздействия на человека и продукты питания они не оказывают.

– Тогда почему их надо остерегаться?

– Потому что это электромагнитные волны, а в биологических организмах (к которым относимся и мы с вами) также происходят волновые процессы. На своих частотах и ритмах функционируют сердце, легкие, желудок и т.д. – все органы, любая живая клетка. Весь живой мир является источником разнообразных колебаний, которые постоянно поглощаются и излучаются молекулами, клетками в ходе функционирования организма. Поэтому магнитные и электромагнитные излучения от технических систем и приборов, применяемых в быту и на производстве, могут воздействовать на организм человека.

– Что конкретно излучается за пределами микроволновой печи?

– Мощность, излучаемая магнетроном (магнетрон – это источник микроволн) «микроволновки», несравнимо больше, чем сотового телефона и составляет порядка 1000 Вт (мощность излучения радиотелефона порядка 600 мВт). Чтобы микроволновки не мешали ни радарам, ни телевизионным станциям, для них выделена одна частота – 2450 МГц. Микроволновые печи на всех кухнях мира работают именно на ней. Нетрудно подсчитать, что ей соответствует длина волны излучения 12,25 см. Поэтому Европейскими нормами безопасности установлен допустимый уровень мощности излучения на расстоянии 5 см от печи, равный 5 мВт/.

– Значит, за безопасность печи можно не беспокоиться?

– Если выполнять требования инструкций на изделия, то можно избежать негативного воздействия ее излучений на организм человека. В отличие от газовой или электрической духовки, которую можно включить с открытой дверцей, с микроволновкой такой номер не пройдет. Сначала нужно поставить в рабочую камеру печи продукты и установить на панели управления нужный режим, затем закрыть дверцу и только после этого включить печь. Специальные предохранительные выключатели, числом не менее трех, не позволят замкнуться электрической цепи питания магнетрона, если дверца не закрыта.

Дополнительными элементами системы безопасности печи являются металлическая решетка дверцы и уплотнитель с ферритовым напылением, исключающие выход микроволн за пределы полости.

Главное требование при эксплуатации печи – наличие в ее рабочей камере объекта, поглощающего микроволны. Это может быть просто стакан с водой. Не забывайте ставить его в печь, когда вы изучаете свою новую покупку или проверяете ее работу. Не найдя в рабочей камере никакого объекта, микроволны, многократно отражаясь от стенок пустой полости, по волноводу могут поступить обратно к антенне и магнетрону и, если не выведут их из строя немедленно, то уж точно сократят срок их жизни.

Посуда, которую вы ставите внутрь печи, не должна касаться ее стенок. Особенно это относится к низкой металлической посуде (поддонов и т.п.), на которой иногда разогревают пищу. В узком зазоре между краем металлической посуды может возникнуть электрическая дуга, способная прожечь стенку полости. Нельзя помещать в микроволновку металлические предметы с острыми кромками и вообще любые заостренные предметы: наведенные в металле токи способны стать причиной возникновения плазменных образований (так называемых плазмоидов), которые могут вывести печь из строя.

– На земном шаре сегодня действуют миллионы компьютеров. Какой вред они могут нанести человеку?

– При пользовании видеотерминалами ухудшается острота зрения и развивается катаракта у программистов и операторов персональных компьютеров. Видеотерминалы излучают электромагнитные волны в очень широком диапазоне. На расстоянии 50 см от экрана напряжённость электрического поля имеет значение от меньших единицы до 10 В/м, а магнитная индукция – от 10-8 до 10-7 Тл. Эти показатели достаточно высоки и вредны для здоровья. Видеотерминалы излучают также переменные электрические и магнитные поля с частотой 50 или 60 Гц и их гармоники.

Чтобы защититься от них при работе за персональным компьютером, необходимо сидеть к экрану не ближе 50 см, лучше 60 – 70 см. Все это справедливо для видеотерминалов с электронно-лучевой трубкой. Жидкокристаллические мониторы с этой точки зрения не вредны:.

– Сейчас много говорят об опасности мобильных телефонов. В чем она заключается?

– Накопленные знания позволяют однозначно говорить, что электромагнитное излучение радиотелефона, как и любого другого источника ЭМП, оказывает влияние на физиологическое состояние и здоровье человека.

Область облучения во время работы мобильного и радиотелефона – прежде всего головной мозг и периферические рецепторы вестибулярного и зрительного анализаторов. При работе сотовых телефонов с несущей частотой 450-900 МГц длина волны излучения незначительно превышает линейные размеры головы человека. В этом случае излучение поглощается неравномерно, и могут образоваться так называемые горячие точки, особенно в центре головы. Расчёты показывают, что при использовании радиотелефона мощностью 0,6 Вт с рабочей частотой 900 МГц «удельная» энергия поля в головном мозге составляет от 120 до 230 мкВт/ (норматив в России для пользователей сотовых телефонов 100 мкВт/). Длительное повторное воздействие предельно допустимых доз излучения (особенно в дециметровом диапазоне волн) может привести к изменению биоэлектрической активности различных структур мозга и расстройствам его функций, например, кратковременной и долговременной памяти.

Кроме того, одна из составляющих сигнала всех радио – и сотовых телефонов – низкочастотная (например, у системы GSM/DCS-1800 она равна 2 Гц). Но именно низкие (1-15 Гц) частоты соответствуют ритмам мозга человека, которые по интенсивности превышают другие ритмы электрической активности здорового человека. Доказано, что модулированные ЭМП могут избирательно подавлять или усиливать эти биоритмы.

Отдельно надо вспомнить об аллергиках: часть из них страдает исключительно высокой восприимчивостью к электромагнитным полям в определённых режимах модуляции даже при низкой дозе облучения. Это следует учитывать при намерении использовать сотовые и радиотелефоны.

Особому риску подвергаются люди, разговаривающие по радиотелефону внутри автомашины. Если антенна аппарата находится внутри металлического корпуса автомобиля, то он служит резонатором и многократно усиливает дозу поглощённого излучения.

– И что же теперь – отказаться от мобильников?

– Все эти научно обоснованные опасения не могут служить достаточным основанием для безоговорочного отказа; но они должны стимулировать дальнейшие исследования по усовершенствованию радиотелефонных аппаратов (в частности, необходимо снижение мощности их излучения до 20 мВт по сравнению с 100-600 мВт сегодня), а также обеспечивать пользователей подробной информацией о правильном применении этого удобного устройства.

– Пока не создали совершенно безвредного телефона, как сегодня выбрать наименее опасный?

– Надо поинтересоваться при покупке телефона, какой у него коэффициент SAR (специальный коэффициент поглощения – Specific Absorption Ratio). Можно это сделать заранее через Интернет, выбрав модель с наименьшим значением SAR.

Выясните точное расположение основной антенны в телефоне (если ее не видно), чтобы определить её близость к голове при разговоре. Выбирайте модель, в которой антенна максимально удалена от вашей головы.

Тем, кто хочет практически полностью оградить себя от СВЧ-излучения, рекомендуется всегда пользоваться гарнитурой – либо наушниками, либо Bluetooth, а телефон к уху не прикладывать.

– Где безопаснее всего носить телефон? И может ли включенный телефон причинить вред в режиме ожидания?

– Если телефон находится в режиме ожидания (idle/standby), то излучение незначительно, и в этом случае телефон можно носить там, где будет удобно. А вот во время разговора старайтесь держать телефон на расстоянии, даже если пользуетесь гарнитурой.

Безопаснее всего носить мобильник на внешней стороне бедра, чуть выше колена.

Необходимо учитывать, что в режиме передачи данных по GSM-телефону (это режим работы в Интернете, например: GPRS-WAP или передача MMS сообщений), интенсивность СВЧ-облучения возрастает. Речь идет о передаче больших объемов данных. Предполагается, что телефон при передаче данных располагается на удалении от пользователя, и, конечно же, не прикладывается к голове.

– Всем ли «возрастам покорны» мобильные телефоны?

– На неокрепший организм воздействие излучения значительно сильнее, поэтому детям пользоваться мобильными телефонами не рекомендуется, по крайней мере, до 8 лет. Но если очень нужна связь, следует ограничить продолжительность разговора 1-2 минутами и звонить только в случае острой необходимости. Научите детей правильно пользоваться мобильным телефоном, правильно его держать. Вариант использования маленькими детьми проводных наушников скорее не пройдет, а вот для подростков это отличное решение, особенно при наличии МР3-плейера в телефоне.

– Как специалист, разъясните, что еще нужно знать при использовании мобильного телефона?

– Необходимо помнить, что:

  1. Чем выше уровень сигнала базы (индикатор соты имеет много «палочек»), тем меньше (иногда в десятки, а то и сотни раз) излучаемая мощность мобильника. По этой причине звонки из города часто безопаснее загородных, поскольку телефон работает с меньшей мощностью.
  2. Избегайте звонков из автомобиля, подвальных помещений, подземных переходов, тоннелей, станций метро – почти всегда они требуют большей излучаемой мощности.
  3. Во время разговора не держите антенну рукой.
  4. При слабом уровне сигнала, когда телефон излучает по максимуму (об этом вы узнаете по индикатору уровня принимаемого сигнала), попробуйте изменить его положение в пространстве: подняться на лестнице, встать со стула – изменение высоты относительно земли всего на один метр может значительно улучшить сигнал и ослабить мощность излучения телефона.

Беседовала Тамара КУЛАКОВА

Источники СВЧ излучения и техника проведения облучения в химической промышленности

СВЧ излучение — это электромагнитные колебания с частотой примерно от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от нескольких метров до долей сантиметра). В спектре электромагнитного излучения микроволны расположены между ИК-излучением и радиоволнами.

Устройства для осуществления СВЧ-облучения называют микроволновыми печами. В таких печах источником СВЧ-излучения служит магнетрон, представляющий собой цилиндрический диод. В диоде имеется цилиндрический катод, вдоль которого направлено внешнее магнитное поле. В окружающем катод цилиндрическом аноде находится кольцо из взаимосвязанных объемных резонаторов.

Разность потенциалов между катодом и анодом достигает нескольких киловольт. Перемещение генерируемых нагретым катодом электронов в магнитном поле приводит к появлению в магнетроне высокочастотных колебаний и вместе с ними колебаний и самих электронов.

Колеблющиеся электроны через антенну передают микроволновую СВЧ энергию в виде электромагнитного излучения в окружающее пространство. Эта энергия по полому металлическому волноводу попадает в специальное устройство — резонатор. Далее излучение из резонатора попадает в рабочую зону печи, где и происходит СВЧ-нагрев материалов.

Условия отражения СВЧ излучения

Для того чтобы СВЧ-излучение не покидало внутреннего пространства печи и не оказывало вредного воздействия на организм человека, используют металлические отражающие стенки, а переднюю стеклянную дверцу печи экранируют металлической сеткой, не дающей излучению выйти из внутреннего объема наружу. При работе печи в микроволновую СВЧ энергию превращается примерно 50% расходуемой печью электроэнергии. Остальная энергия рассеивается как тепловая в окружающее пространство.

Первые источники СВЧ-излучения были сконструированы в годы второй мировой войны. На использовании такого излучения и его способности отражаться от металлических корпусов самолетов основана работа радаров — устройств для раннего обнаружения авиации противник). В настоящее время созданы надежные сравнительно дешевые компактные СВЧ-генераторы и стало возможным их широкое применение как в быту, так и в промышленности.

Конструктив нагревательных СВЧ печей

По договоренности, выработанной международным сообществом, в промышленных и лабораторных СВЧ-приборах обычно используют частоты 0,915; 2,450; 5,800 и 22,125 ГГц. В частности, в бытовых СВЧ-печах частота электромагнитных колебаний равна 2,45 ГГц (длина волны примерно 12,25 см).

Существуют разнообразные конструкции СВЧ-генераторов (микроволновых печей), выпускаемых различными фирмами. При этом если материал размещают на плоском дне в рабочем объеме печи, то существует опасность их неравномерного и невоспроизводимого от опыта к опыту облучения. Связано это с тем, что в рабочем объеме печи возникает стационарная волна и один из образцов может оказаться в месте кучности волны, а другой — в зоне минимума ее интенсивности. К тому же на материалы может попадать излучение, отраженное от внутренних поверхностей печи и поверхностей других материалов. Чтобы избежать действия этих факторов, ухудшающих воспроизводимость результатов опытов, используют печи с вращающимися столиками. Вращение столика обеспечивает равномерность воздействия излучения на помещенные в печь материалы.

Измерение температуры в СВЧ камерах

Введение обычной металлической термопары резко нарушит распределение поля в образце и изменит его температуру. Поэтому при СВЧ-облучении сравнительно больших по массе образцов материалов, более 30 грамм, температуру, которую обеспечивает облучение, фиксируют с помощью специальной заземленной термопары, находящейся в чехле, отражающем СВЧ-волны.

Когда облучаемые образцы материалов массой менее 400 мг, такой способ фиксирования температуры непригоден. Поэтому о температуре, которая достигалась при СВЧ-облучении, судят следующим образом. В облучаемый полидисперсный образец добавляли микрочастицы диэлектрика тест-материала, например, серы, иодида меди (I) с известными температурами плавления. Выбранные образцы с СВЧ-полем практически не взаимодействовали. Форму этих микрочастиц заранее фиксировали с использованием сканирующего микроскопа. Если после обработки частицы не оплавлялись, то, следовательно, температура облученного образца не была выше температуры плавления взятого тест-материала.

Пробоподготовка при СВЧ излучении в химической промышленности

В настоящее время СВЧ-излучение наиболее широко используют в лабораторной практике при выполнении анализов различных объектов живой и неживой природы (минералы, ягоды, фрукты, грибы), продуктов питания, технических материалов (сплавы, шлаки, другие отходы производства). Интенсивность проведения таких анализов существенно возросла, что во многом связано, во-первых, с непрерывно увеличивающимся числом анализов объектов окружающей среды при решении экологических задач и, во-вторых, с усилением внимания к содержанию в пищевых продуктах различных неорганических и органических примесей.

При выполнении анализов основные затраты времени обычно связаны с пробоподготовкой, то есть с переводом всей или части анализируемой пробы в форму, удобную для заключительного аналитического определения анализируемого компонента. Использование СВЧ-излучения позволяет сократить временные затраты при подготовке проб к анализу в несколько десятков раз.

Сокращение времени химических реакций при СВЧ обработке

Использование СВЧ-излучения приводит к существенному сокращению как времени перевода пробы в раствор, так и времени концентрирования первичного раствора пробы. Сокращение времени растворения образца обусловлено действием трех факторов: обеспечением высокой температуры, созданием в контейнере-автоклаве (где размещен материал) высокого давления и специфического воздействия СВЧ-излучения на раствор.

Кроме того, уменьшение времени подготовки пробы при использовании СВЧ-излучения может быть связано и с некоторыми специфическими особенностями анализируемой системы. Так, под воздействием СВЧ-излучения заметно ускоряются образование в растворе люминесцирующих комплексов (что важно при люминесцентном определении анализируемых элементов), время извлечения анализируемого иона на сорбенте или хроматографического разделения ионов и другие процессы.

Перспективно использование СВЧ-излучения для экспрессного разложения органических проб с использованием кислот, окислителей. При этом разлагаемый образец помещают в автоклав, изготовленный, например, из фторированных углеводородов, прозрачных к СВЧ-излучению. Важное достоинство такого полимера, как тефлон, состоит в том, что изготовленный из него автоклав выдерживает нагрев до 200-250 C и выше и давление до 10-50 атм. К помещенному в автоклав анализируемому материалу добавляют необходимый раствор, автоклав герметично закрывают и помещают в СВЧ-печь. Наблюдается быстрый разогрев жидкости, причем ее температура может достигать 170-200 C. В результате действия высокой температуры и повышенного давления резко возрастает скорость вскрытия анализируемых материалов.

Наши контакты

Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании

Правда ли что микроволновка вредна для здоровья

Вокруг микроволновых печей создано много мифов, также проведена масса научных исследований. В этой статье эксперты Miele расскажут, чем вредна микроволновка, и опровергнут несколько заблуждений.

Вредна ли микроволновка для человека?

Согласно одному из мнений, микроволновая печь подавляет иммунную систему и вызывает рак. Эти факты опровергают научные исследования и замеры:

  1. Количество радиации, которое производит самая мощная микроволновка, во много раз меньше минимального безопасного порога, установленного международными стандартами.
  2. СВЧ-излучение — неионизирующий тип радиации. Это отличает его от используемого в ядерной энергетике. Ионизирующий тип радиации, не имеющий отношения к микроволновкам, действительно оказывает пагубное влияние на иммунитет и наносит вред здоровью человека.

Для защиты от СВЧ-излучения в конструкции микроволновой печи предусмотрены:

  • металлический корпус и дверца;
  • прозрачное стекло дверцы с экранированной металлической сеткой и напылением;
  • система автоматического отключения при открытии прибора.

Излучение от микроволновых печей

Аббревиатура «‎СВЧ» означает «‎сверхвысокочастотное излучение» — вокруг него создано много мифов о вреде для здоровья. Волны с частотой 2,4 МГц нагревают наружный слой продуктов. Они поляризуют молекулы воды, вызывая из движение. Оно же вызывает нагрев. Излучение проникает на глубину не более 3 сантиметров. Внутренняя часть пищи прогревается за счет нагрева внешней.

Магнетрон — основной элемент для работы микроволновой печи. Это электронная лампа, которая создает сверхвысокочастотное излучение. В основе принципа его работы лежит взаимодействие между магнитными полями — они создают высокочастотные колебания. Они могут нанести вред здоровью только в случае длительного прямого воздействия, которое не происходит при применении микроволновки.

Существует ли негативное воздействие на продукты?

Существует несколько ошибочных мнений о негативном воздействии СВЧ-излучения на продукты. Рассмотрим два основных:

  • потеря полезных свойств пищи и изменение ее структуры. При любом температурном воздействии происходит изменение свойств и внешнего вида овощей, мяса, рыбы, прочих блюд;
  • изменение молекулярной структуры воды в продуктах — их распад, образование новых соединений, которые вредны для здоровья.

Второе мнение рассмотрим более подробно. Научным фактом считают то, что новые соединения происходят под ионизирующим излучением. Были проведены дополнительные исследования. В ходе них было предположено, что если при воздействии СВЧ-излучения происходит разрыв молекул и образование новых соединений — это приведет к появлению новых носителей электрического тока, то есть ионов, молекул. В результате повысится удельное сопротивление пищевых продуктов. В процессе исследований:

  • были взяты продукты: коровье молоко, картофель, морковь;
  • каждый из продуктов разогревали двумя способами — традиционным и при помощи микроволновой печи, доводя их до одинаковой температуры;
  • при проведении пяти экспериментов с каждым из продуктов вывели среднее число — удельное сопротивление после нагрева;
  • удельное сопротивление имело незначительное различие либо не имело его совсем.

Подобное исследование подтверждает безопасность продуктов, подверженных СВЧ-излучению.

Техника безопасности

Для безопасного использования микроволновки и защиты от СВЧ-излучения во время работы необходимо не использовать прибор, если:

  • дверца погнута либо имеет повреждения;
  • ослаблены шарниры дверцы — она расшатана;
  • корпус имеет трещины или видимые отверстия.

В этом случае необходимо обратиться в сервисный центр Miele. При использовании микроволновой печи сторонних производителей — обратитесь к специалисту либо приобретите новый прибор.

Выбрать микроволновку

Получайте подборку новых статей на электронную почту

Микроволновка и WiFi (Излучение СВЧ)


     Британский коммуникационный регулятор Ofcom опубликовал результаты любопытного отчета, проведенного компанией Mass Consulting. Организаторы исследования попытались установить действительную причину низкой производительности и нестабильной работы сетей Wi-Fi в густонаселенных городских районах.

   Обитатели больших городов традиционно списывают низкое качество связи на высокую плотность точек доступа, мешающих работать друг другу. Mass Consulting опровергает это распространенное мнение. По мнению аналитиков, более серьезную проблему представляет собой домашнее электронное оборудование, которое генерирует сильные помехи на не лицензируемой частоте 2,4 ГГц. Список наиболее известных генераторов помех включает в себя устройства, используемые для дистанционного наблюдения за грудными детьми (так называемые «радионяни»), камеры наблюдения, микроволновые печи и оборудование для ретрансляции телевизионного сигнала. Ситуацию усложняет тот факт, что перечисленные устройства находятся вне компетенции регулирующих органов.

   Эксперты Mass Consulting также включили в отчет результаты лабораторного эксперимента, в рамках которого обычная «радионяня» генерировала столь сильные помехи, что Wi-Fi устройство не смогло подключиться к близлежащей точке доступа, несмотря на достаточно высокий уровень сигнала.

   Подобная проблема может оказаться актуальной и для других стран с развитой Wi-Fi-инфраструктурой. Впрочем, Крейг Матиас (Craig Mathias), аналитик из Farpoint Group, считает, что в США помехи от бытового оборудования в настоящее время «не представляют собой серьезной проблемы», за исключением ,разве что, жилых районов с большой плотностью населения.

Источник Mail.ru

Свойства сверхвысоких частот (СВЧ)

   Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, в отличие от дециметровых волн.

   СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство волн СВЧ напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в этом диапазоне. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный луч, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

   Микроволны подобно свету распространяется по прямой и перекрывается твердыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своем пути препятствия, вроде перегородок, перекрытий, панелей сигнал сети будет меньше, чем, например, в направлении более свободном от преград.

   Излучение базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины СВЧ – волны, и иголки служат своеобразными приемными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное попе Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ – излучения при перекрытии его естественными препятствиями

   Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счет отражения в слоях ионосферы.

   Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы соседние станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот

   Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемой сетью.

Цитата с сайта go-radio.ru

Микроволны

РАДИОВОЛНЫ | МИКРОВОЛНЫ | ИНФРАКРАСНЫЙ | ВИДИМЫЙ СВЕТ | УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ | РЕНТГЕН | ГАММА ЛУЧИ
Микроволны имеют длину волны что можно измерить в сантиметрах! Чем дольше микроволновки, те, что ближе к футу в длину, представляют собой волны, нагревающие нашу пищу в микроволновая печь.

Микроволны хороши для передачи информации от одного место к другому, потому что микроволновая энергия может проникать сквозь дымку, небольшой дождь и снег, и облака, и дым.

Более короткие микроволны используются в дистанционном зондировании. Эти микроволновки используются для радаров, таких как доплеровский радар, используемый в прогнозах погоды. Микроволны, используемые для радаров, имеют длину всего несколько дюймов.

Эта микроволновая вышка может передавать информацию, такую ​​как телефонные звонки. и компьютерные данные из одного города в другой.

Как мы «видим» с помощью микроволн?

Радар — это аббревиатура от «радиообнаружение и дальность». Радар был разработан для обнаружения объектов и определения их диапазон (или положение) путем передачи коротких пакетов микроволны.Сила и происхождение «эхо» полученные от объектов, которые были поражены микроволнами, затем записано.

Поскольку радар улавливает электромагнитные волны, которые являются отражением активная передача, радар считается активной системой дистанционного зондирования. Пассивный дистанционное зондирование относится к зондированию электромагнитных волн, которые не исходит от самого спутника или датчика. Датчик просто пассивный наблюдатель.

Что показывают нам микроволны?

Поскольку микроволны могут проникать сквозь дымку, свет дождь и снег, облака и дым, эти волны хороши для просмотра Земли из космоса.

Спутник ERS-1 излучает волны длиной около 5,7 см. длинный (диапазон С). На этом изображении видно, как морской лед откалывается от берегов Аляски.

Спутник JERS использует длины волн около 20 см в длину. (L-диапазон). Это изображение реки Амазонки в Бразилии.
Это радиолокационное изображение, полученное Космический шаттл. Он также использовал длину волны в L-диапазоне микроволновый спектр.Здесь мы видим улучшенное компьютером радиолокационное изображение некоторые горы на окраине Солт-Лейк-Сити, штат Юта.

В 1960-х годах совершенно случайно было сделано поразительное открытие. Пара ученые из Bell Laboratories обнаружили фоновый шум с помощью специальная малошумящая антенна. Самое странное в этом шуме было то, что он был приходящий со всех сторон и, казалось, совсем не менялась по интенсивности. Если бы эти помехи исходили от чего-то в нашем мире, например от радио передачи с близлежащей диспетчерской вышки аэропорта, это придет только с одного направления, а не отовсюду.Вскоре ученые поняли, что открыли космическое микроволновое фоновое излучение. Это излучение, которое заполняет всю Вселенную, считается ключ к его началу, что-то известное как Большой Взрыв.

Изображение выше представляет собой изображение Cosmic Background Explorer (COBE). космического микроволнового фона, розовый и голубой цвета показывают крошечные колебания в нем.

Знаете ли вы, что если у вас дома есть чувствительный микроволновый телескоп, что бы вы обнаружили слабый сигнал, просачивающийся из вашей микроволновой печи, и из различные другие искусственные источники, но и слабый сигнал, идущий от все направления, что вы указали это? Это космическая микроволновка Задний план!

Микроволновые печи используются каждый день и во всех отношениях.Вот как они работают.


Нас окружают микроволновые печи, которые ежедневно используются для питания наших смартфонов, компьютеров и радиостанций.

Деннис Холл | Приглашенный обозреватель

Одна библиотека публикует общественное предупреждение: прекратите разогревать книги в микроволновой печи.

Люди проявляют творческий подход, когда речь заходит о защите от COVID-19. Сожженная книга была возвращена в районную библиотеку Кента после того, как ее повредили в микроволновой печи.

Detroit Free Press

  • Деннис Г.Холл — лицензированный радиолюбитель и почетный профессор Университета Вандербильта.

Старый анекдот спрашивает: что вымывает на крошечные пляжи? Ответ – микроволновки.

По правде говоря, мы все наводнены маломощными микроволнами — как созданными нами самими, так и падающими из космоса. Сотовые телефоны, Wi-Fi, GPS, Bluetooth и многие другие технологии используют микроволны, чтобы сделать многое в современной жизни.

С ними стоит немного познакомиться.

Микроволны представляют собой форму электромагнитного (ЭМ) излучения: точно так же, как гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны.

Все они движутся в космосе со скоростью, которую мы называем скоростью света, примерно 186 000 миль в секунду. Вместе они составляют электромагнитный спектр.

Узнать больше Tennessee Voices:  Подпишитесь на еженедельный информационный бюллетень с мнениями и содержательными и наводящими на размышления колонками.

Понимание электромагнитных волн

Каждая электромагнитная волна состоит из электрических и магнитных полей, колеблющихся с характерной частотой, т. е. числом колебаний в секунду и числом герц — с соответствующей длиной волны, разделяющей последовательные гребни волны.Они обратно пропорциональны: чем выше частота, тем короче длина волны.

Например, FM-станция NPR в Нэшвилле WPLN передает радиоволны на частоте 90,3 мегагерц (МГц), т. е. 90,3 миллиона колебаний в секунду или 90,3 миллиона герц, с длиной волны почти 11 футов.

Частоты видимого света находятся в диапазоне от 400 триллионов до 800 триллионов герц с длиной волны менее одной миллионной метра. Разные частоты соответствуют разным цветам.

В широком смысле микроволновые частоты занимают диапазон от 300 миллионов до 300 миллиардов герц, т.е.д., от 300 МГц до 300 гигагерц (ГГц). Область связи обычно делит этот диапазон на большее количество категорий, ограничивая термин микроволновая печь более узким диапазоном.

Основная идея заключается в том, что микроволновые частоты выше, чем у радиоволн, и ниже, чем у инфракрасного излучения. Микроволны имеют более короткую длину волны, чем радиоволны, отсюда и приставка микро — микро.

Большинство кухонных микроволновых печей нагревают пищу с помощью микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц (длина волны чуть менее пяти дюймов), создаваемого вакуумной трубкой с резонаторным магнетроном, имеющей славную историю.Это прямой потомок лампы, питающей микроволновый радар, который помог союзникам выиграть Вторую мировую войну.

Услышьте голоса темнокожих жителей Теннесси: Получайте еженедельный информационный бюллетень с мощными и критическими колонками.

Как мы ежедневно используем электромагнитные волны

Беспроводные системы Wi-Fi в домах, офисах, ресторанах, библиотеках и везде используют микроволновое излучение вместо проводов для подключения устройств.

Смартфоны, ноутбуки, принтеры, умные колонки и маршрутизаторы передают и принимают микроволновые сигналы через Wi-Fi. В США системы Wi-Fi обычно используют узкие микроволновые диапазоны с центрами 2,4 ГГц и 5,0 ГГц.

Смартфоны — это и компьютеры, и микроволновые приемопередатчики. Системы микроволновых антенн на вышках сотовой связи передают сигналы между телефонами или подключают телефоны к Интернету, используя частоты от сотен МГц до десятков ГГц, в зависимости от коммерческого оператора и поколения — 3G, 4G или 5G.

Ваш штат. Ваши истории. Поддержите больше таких отчетов.
Подписка дает вам неограниченный доступ к историям по всему Теннесси, которые меняют вашу жизнь и жизнь окружающих вас людей.Нажмите здесь, чтобы стать подписчиком.

Более двух десятков спутников GPS, находящихся на орбите Земли, непрерывно передают информацию наземным пользователям на двух микроволновых частотах в диапазоне от одного до двух ГГц. Другие спутниковые службы делают нечто подобное.

В 1964 году двое ученых из Bell Labs использовали антенну в Нью-Джерси, чтобы обнаружить, что Вселенная заполнена микроволновым излучением, ныне известным космическим микроволновым фоном (CMB).

Последующие космические измерения подтвердили, что реликтовое излучение несет безошибочный частотный отпечаток расширяющейся Вселенной, которая когда-то была горячей, плотной и компактной.Широкий спектр реликтового излучения достигает максимума на частоте около 160 ГГц.

Что нас как никогда связывает друг с другом и с большим миром? Опять же, ответ – микроволновые печи.

Деннис Г. Холл, лицензированный радиолюбитель, ранее был проректором по исследованиям, деканом Высшей школы, профессором физики и профессором электротехники в Университете Вандербильта. В декабре 2015 года он ушел из Вандербильта, где сейчас является почетным профессором.

Границы | Импульсная микроволновая передача энергии при черепно-мозговой травме, связанной с акустическими фононами

Введение

Суонсон и др.(1) обследовали 24 сотрудника посольства США на Кубе, подвергшихся воздействию неизвестного источника направленной энергии. Они обнаружили, что у 21 из обследованных были клинические признаки, сходные с легкой черепно-мозговой травмой (мЧМТ). Все 24 человека сообщили о слышимых, а иногда и болезненных звуках во время возможного воздействия. Хоффер и др. (2) исследовали частично перекрывающуюся группу из 35 человек, связанных с посольством, среди которых 25 сообщили о слуховых явлениях и симптомах после инцидента, а также 10 человек, живших с пострадавшими, которые не сообщали о звуках.Эти работники обнаружили, что у всех 25 человек, слышащих звуки, были вестибулярные аномалии; более половины из них имели когнитивные расстройства. Десять человек, которые не сообщали о звуках, не имели вестибулярных или когнитивных нарушений. Верма и др. (3) расширил отчет Swanson за 2018 год, включив в него 40 государственных служащих, описывающих акустические впечатления. У этих людей были неврологические симптомы, указывающие на mTBI. Значительные структурные аномалии головного мозга были задокументированы с помощью расширенной специализированной МРТ этой когорты (3).

Метод доставки разрушительной энергии этим сотрудникам остается спорным. Первоначально постулировался источник звука, потому что испытуемые слышали высокие звуки во время инцидентов (4–8). Лин (6, 7) предположил способ атаки как возможный источник направленной энергии импульсных микроволн, основываясь на наблюдениях, что импульсные микроволны слышны тем, кто облучается. Микроволны также могут быть сфокусированы в лучи с узким полем зрения, чтобы нацеливаться на людей.

Экспериментальные данные указывают на то, что импульсные микроволны могут вызывать нарушения в тканях головного мозга, вызывая последующую поведенческую и когнитивную дисфункцию.Томас и др. (9) ранее сообщали, что импульсные микроволны нарушают способность захватывать информацию у крыс. Wang и Lai (10) позже продемонстрировали, что острое воздействие импульсных микроволн ухудшает опорную память у крыс. Кроме того, сообщается, что импульсные микроволны могут изменять проницаемость гематоэнцефалического барьера, нарушать долговременную потенциацию и приводить к разрывам нитей ДНК (11). Пахомов и Мерфи (12) сделали обзор обширного массива микроволновых экспериментов, проведенных в России и бывшем Союзе Советских Социалистических Республик.В этих работах было обнаружено, что мозг животных значительно более чувствителен к импульсным микроволнам, чем к непрерывным микроволнам; они пришли к выводу, что микроволновый нагрев не вызывал, по крайней мере, в первую очередь, такого травматического эффекта. Термодатчики, помещенные в мозг кроликов, показали повышение температуры не более чем на 0,2°С у животных с когнитивными нарушениями.

Механизмы воздействия импульсной микроволновой энергии на мозг остаются неясными. Основываясь на наших предварительных физических соображениях относительно эффектов первичного взрыва низкой интенсивности и разрушения кристаллов (13, 14), мы здесь описываем физические механизмы, с помощью которых микроволновая энергия может вызывать повреждения головного мозга, подобные тем, которые вызваны первичным воздействием взрыва.Используя задокументированные экспериментальные физические данные, мы рассматриваем гипотезу о том, что первичные взрывные ударные волны, вызванные взрывами, и импульсные микроволны могут возбуждать фононы гигагерцовой частоты в мозговой жидкости, вызывая наномасштабные субклеточные повреждения головного мозга.

Фононная модель повреждения головного мозга: ультраструктурные эффекты

Основываясь на наблюдениях за волновыми эффектами разрушения в хрупких твердых телах (13), Kucherov et al. (14) разработали гипотезу о первичном поражении мозга взрывной волной, основанную на том, что вода ведет себя как хрупкое твердое тело под воздействием ударной волны.При расчете размеров повреждения клеток головного мозга исходили из того, что содержание воды в мозговой ткани составляет 70–80 %, а в спинномозговой жидкости — 100 %. Они постулировали, что ударные волны от взрыва взрыва возбуждают высокочастотные ТГц фононы в мозговой жидкости (14, 15). Энергия, хранящаяся в оптических фононах, за наносекунды распадается на низкочастотные акустические фононы, вызывая повреждение, когда прочность ткани мозга превышается. Фононное узкое место возникает там, где фонон 7,5 ГГц (самый низкочастотный акустический фонон в воде) распадается до основного состояния (16, 17).Энергия, хранящаяся в фононах более высокой частоты, накачивает амплитуду фонона 7,5 ГГц до тех пор, пока молекулы воды не разрываются, разрушая ткань мозга. Когда волны, генерируемые фононами, имеют достаточно большую амплитуду, ткани поперек пиков длины волны фононов будут срезаны. Полученную длину волны можно использовать для оценки размеров тканевых и клеточных повреждений. Основываясь на скорости звука в воде (1500 м/с) и фононной частоте 7,5 ГГц, было предсказано, что фонон-ассоциированное повреждение головного мозга будет происходить с интервалами ~200 нм (200 нм = 1500 м/с ÷ 7.5 × 10 9 циклов/с) на пиках волновых форм, превышающих прочность ткани (14). Размеры повреждений будут составлять ~ 3–6 нм, что примерно соответствует размерам клеточных мембран и других внутриклеточных структур.

Чтобы проверить эту гипотезу, Song et al. (18, 19) подвергли мышей взрыву в открытом поле с использованием 350 г взрывчатого вещества C4. Мышей помещали на расстоянии 2,1, 3, 5 и 7 метров от источника взрыва (18). Когнитивное и поведенческое тестирование показало, что тяжесть дефицита коррелирует с близостью к месту взрыва, избыточным давлением и воздействием импульса. Последующая ТЭМ этих мозгов показала наномасштабное внутриклеточное повреждение нейронов, соответствующее размеру повреждения, предсказанному фононным повреждением, предполагая 100% содержание воды в мозге (19). Ударное повреждение происходит в течение микросекунд, поскольку ударная волна проходит через мозг со скоростью звука в воде, в отличие от миллисекунд, необходимых для инерционных или ударных травм. Повреждение клеток происходит при хорошо задокументированном отсутствии движения головы при воздействии взрывной волны примерно на 47–87 кПа (18, 19). Эти наблюдения подтверждают гипотезу о том, что 7.Акустические фононы с частотой 5 ГГц в содержании воды в мозге, вероятно, объясняют наномасштабное повреждение мозга при безударном воздействии взрыва низкой интенсивности. Поскольку грубые и легкие микроскопические изменения в этих условиях отсутствуют, обнаружение субклеточных повреждений в результате микроволнового воздействия предполагает использование ПЭМ. Макроскопическое исследование и обычная световая микроскопия должны быть дополнены ПЭМ. Это еще предстоит сделать для микроволнового повреждения головного мозга. Точно так же, как и при воздействии взрывной волны низкой интенсивности, диффузионно-тензорная визуализация (DTI), метод визуализации на водной основе, вероятно, потребуется для обнаружения клинических микроволновых эффектов, невидимых для обычной визуализации.

Воздействие микроволн на слуховую систему и ткань мозга

Мы рассматриваем диапазоны микроволновых частот и длин волн от 300 МГц (1 м) до 10 ГГц (3 см) в воздухе, где существуют источники микроволнового излучения, когерентные в коротких масштабах времени (т. е. 50 мкс). Диэлектрическая проницаемость и проводимость белого и серого вещества головного мозга показаны на рис. 1 (20). На рис. 2 показана глубина ткани головного мозга, где микроволновая энергия составляет ~1/2,7 падающей энергии. Обратите внимание, что длина волны микроволн в воздухе и тканях мозга зависит от частоты микроволн.Длина волны микроволн в тканях головного мозга находится в диапазоне от 0,5 до 18 см с глубиной затухания 1/2,7 от 0,2 до 4 см. Преобладающее взаимодействие микроволновых частот 1–10 ГГц в воде связано с поглощением на «дебаевском» пике на этих более низких микроволновых частотах, связанных с дефектами миграции через сетку Н-связей воды (21).

Рисунок 1 . Экспериментально определенная проводимость и диэлектрическая проницаемость белого и серого вещества в зависимости от радиочастоты (19). Проводимость используется для расчета глубины проникновения в ткани головного мозга (называемой глубиной кожи в электромагнитной номенклатуре).Диэлектрическая проницаемость используется для расчета длины волны микроволн в тканях головного мозга.

Рисунок 2 . Микроволны в воздухе и в мозгу в сравнении с частотой микроволн. Показана расчетная глубина проникновения микроволн в головной мозг. Энергия уменьшается в 1/2,7 раза на поверхностном уровне, называемом «глубиной кожи» с использованием электромагнитной номенклатуры.

Воздействие микроволн на голову человека было ранее описано Frey et al. (22) (впервые сообщается о воздействии микроволн на слуховую систему).Его подробные описания были обозначены как Frey Effec t (22). Впоследствии Лин и соавт. (23) прояснил тот факт, что можно услышать прямоугольные микроволновые импульсы. Экспериментальное моделирование определило, что микроволновый импульс быстро нагревает ткань в глубине «кожи» мозга (глубина 1/2,7 падающей энергии). На рис. 2 показано, что микроволновое излучение с частотой 0,3–10 ГГц проникает в ткани головного мозга на глубину от нескольких сантиметров до нескольких миллиметров. Возникающее в результате тепловое расширение может запускать акустическую волну за счет термоупругого эффекта, распространяющуюся по костной проводимости во внутреннее ухо, где она активирует кохлеарные рецепторы (23).Таким образом, одиночный микроволновый импульс может восприниматься как акустический щелчок, тогда как последовательность микроволновых импульсов воспринимается как слышимый тон с высотой тона, соответствующей частоте повторения импульсов.

Ватанабе и др. (24) использовали конечный дифференциальный анализ для моделирования воздействия одиночных прямоугольных импульсов мощностью 1 мВт/см 2 , 915 МГц шириной 20 мкс (время нарастания 400 нс), падающих на затылок реалистичных моделей человеческой головы. Эти исследователи обнаружили, что термоупругая связь микроволновой энергии с мозгом происходит вблизи поверхности мозга, запуская акустическую волну, распространяющуюся на противоположную сторону головы со скоростью звука в воде и отражающуюся до нескольких раз.Было обнаружено, что частоты реверберации находятся в диапазоне от 7 до 9 кГц, что определяется временем прохождения через 14-сантиметровую полость черепа. Использование длительности импульса 50 мкс с частотой повторения 7-9 кГц максимизировало энергетическую связь с тканью головного мозга (24). Более длинные импульсы или более высокая частота повторения создавали разрушительные помехи, которые нейтрализовали часть падающей микроволновой энергии. Помимо зависимости от глубины скин-слоя, этот механизм может быть аналогичным для любой микроволновой частоты в диапазоне 0,3–10 ГГц, в основном в зависимости от частоты, с которой доставляются микроволновые импульсы.

Теперь мы представляем три других возможных взаимодействия головы и микроволн, которые ранее не рассматривались.

1) Wieland et al. (25) использовали циклотронный источник рентгеновского излучения и рентгеновскую дифракцию для измерения фактических смещений в образцах бычьей кости. Они обнаружили деформацию всего 8 × 10 -6 из-за возникающего обратного пьезоэлектрического эффекта, который вызывает деформацию из-за приложенного электрического поля (25). Деформации до 9 × 10 -4 были обнаружены при воздействии электрического поля ~6000 В/м или ~6 В/мм.Амплитуда микроволнового воздействия 1 вольт/мм привела к значительной деформации 1,5 × 10 4 . Измерения диэлектрических свойств костей показывают, что молекулы в костях также реагируют на низкочастотное излучение (20). Достаточно большая микроволновая мощность может посылать энергию в ухо непосредственно через кость, которую пострадавшие воспринимают как болезненную и вредную для слуха. Импульсная микроволновая энергия может также запускать акустические волны в ткани мозга, прилегающие к черепу, на той же частоте.На рисунке 3А показано схематическое изображение этого возможного механизма пьезоэлектрических эффектов в костях, связывающих микроволновую энергию с фононами в ткани головного мозга посредством пьезоэлектрического отклика кости черепа.

2) Ударная волна, создаваемая внезапным напряжением в костях черепа, является еще одним возможным механизмом преобразования, вызывающим запуск акустических фононов в мозговой жидкости. Здесь важным параметром может быть время нарастания импульса микроволн. Если, например, время нарастания микроволнового импульса равно (7.5 ГГц) −1 или 0,13 нс, такой уровень акустического удара мог возбудить самый низкий акустический фонон в воде с частотой 7,5 ГГц (13–15). При достаточной мощности такая энергия может инициировать механизм повреждения, как это происходит при взрывном ударе с рябью костей черепа. Рисунок 3B схематически изображает этот эффект.

3) Хотя известно, что электромагнитное излучение преобразуется в оптические фононы, ранее не считалось, что электромагнитное излучение способно связываться с акустическими фононами. Однако Нельсон и соавт.(26), используя методологию «Лазерно-индуцированные фононы» (LIPS), продемонстрировали, что электромагнитное излучение способно связываться с акустическими фононами в поглощающих жидкостях. Эти исследователи использовали два лазера ~ 532 нм с немного разными длинами волн для создания разностной интерференционной длины волны, перестраиваемой в диапазоне 1–30 ГГц путем настройки одного из лазеров. Поглощенный свет нагревает жидкость на пиках различных длин волн лазера, вызывая тепловое расширение, тем самым запуская акустические волны на этой конкретной длине волны.Вторичный лазерный зонд, дифрагированный мгновенной дифракционной решеткой, генерируемой пиками акустических волн, затем обнаруживает результирующие акустические фононы внутри жидкости. Рисунок 3C представляет собой схематическое изображение явлений неравномерного нагрева, способных преобразовывать микроволновую энергию в акустические фононные волны в тканях мозга.

Рис. 3. (А) Механизм костных пейзоэлектрических эффектов при запуске фононов в воде ткани головного мозга. (B) Схематическое представление преобразования импульсных микроволн с быстрым временем нарастания в акустические фононы в тканях головного мозга посредством ударной реакции обратного пьезоэлектрического эффекта в костях черепа. (C) Схематическое изображение преобразования импульсных микроволн в акустические волны в мозге посредством термоэлектрического эффекта в воде ткани мозга.

Эффекты экспериментальной лазерной дифракционной решетки не исчезают сразу после окончания импульса возбуждения длительностью 100 пс (пс). Эффект сохраняется в течение многих микросекунд, предполагая, что короткие (~ пс) времена релаксации вращательных состояний заставляют воду поддерживать большие пространственные температурные градиенты в течение относительно длительных интервалов времени (21). Этот эффект означает, что неравномерный нагрев воды также может запускать высокочастотные акустические волны. Таким образом, третьим возможным механизмом преобразования микроволновой энергии в акустические фононы может быть быстрый нагрев воды в ткани мозга на пиках формы микроволнового сигнала. В этом случае микроволны нагревают воду напрямую, а не за счет интерференционных эффектов двух лазеров с оптическими длинами волн. Конечные результаты генерации фононов кажутся похожими.

Быстрое нагревание может вызвать тепловое расширение (термоупругий эффект), возбуждающее акустические волны в воде на частоте падающих микроволн.Мозговая ткань может быть особенно восприимчива к возбуждению собственного акустического фонона на частоте 7,5 ГГц из-за его увеличенного времени жизни по сравнению с другими частотами. На рис. 4 показаны длины волн фононов в воде в зависимости от частоты фононов. Обратите внимание, что фононные эффекты также активны на этих более низких длинах волн.

Рисунок 4 . Длина волны фонона в воде в зависимости от частоты фонона (длина волны = скорость звука/частота).

Таким образом, микроволновые импульсы или импульсы с коротким временем нарастания могут возбуждать фононы несколькими механизмами.Мы предполагаем, что (i) обратный пьезоэлектрический эффект в черепе, (ii) быстрое время нарастания удара, (iii) и поглощение микроволн водой в мозге способны запускать акустические волны, которые производят звуки, слышимые целевыми субъектами. через эффект Фрея (22). При достаточном потреблении энергии повреждение головного мозга, вероятно, происходит за счет механизмов энергии фононов, превышающих прочность мозговой ткани (13, 14). Эффективность этих механизмов повреждения головного мозга также зависит от частоты микроволн, как показано на рисунке 4, а также от времени нарастания импульса микроволны.

Обсуждение

Продолжительность инцидента, описанная пострадавшим персоналом, следующая: « Звук, казалось, проявлялся в импульсах различной длины — семь секунд, 12 секунд, две секунды — с некоторыми устойчивыми периодами в несколько минут или более. Затем на секунду наступала тишина, или 13 секунд, или четыре секунды, прежде чем звук резко начинался снова» (5). Частота повторения из новостного сообщения AP (5) заявлена ​​как центральная частота 7266 Гц с несколькими частотами, разнесенными на 200 Гц по обе стороны от 7266 Гц.Микроволновая частота в импульсах и ширина импульса микроволн, вызывающих звуковой эффект, остаются неизвестными.

Игараши и др. (27) показали 50% смертность с обширным грубым повреждением головного мозга у крыс, подвергшихся непосредственному воздействию с близкого расстояния одиночного импульса высокой мощности микроволн мощностью 3 кВт, 2,45 ГГц в течение 0,1 с. Основываясь на размере крыс и используемом микроволновом рупоре, мы оцениваем плотность падающей мощности примерно в 1 кВт/см 2 , что обеспечивает среднюю мощность 1000 Вт/см 2 (27).Напротив, 30-минутное применение импульсов частотой 2,8 ГГц с мощностью всего 15 мВт/см -2 повреждает мозг крыс (10). В отсутствие известной экспериментальной пороговой мощности, вызывающей повреждение головного мозга, мы предлагаем начать с минимальной средней мощности, подаваемой в сфокусированном микроволновом луче, равной ~1 Вт/см 2 . Для частоты повторения 7 кГц с использованием импульсов длительностью 50 мкс мощность отдельного импульса на цели будет составлять ~1 Вт·см 90 173 -2 90 174 / рабочий цикл = ~3 Вт·см 90 173 -2 90 174 . Эти оценочные значения являются полезными отправными точками для эмпирических экспериментальных наблюдений.

Лин и др. (6, 7) предположили, что импульсные микроволны были вероятным средством, с помощью которого были ранены сотрудники кубинского посольства США. Однако точные механизмы, с помощью которых микроволны вызывают повреждение головного мозга, требуют определения. Повторим еще раз: мы предполагаем, что микроволны могут преобразовывать акустические волны в воде головного мозга тремя возможными механизмами: (i) обратные костные пьезоэлектрические эффекты, (ii) шок с быстрым нарастанием импульса, воздействующий на кость, и (iii) термоупругое поглощение на частотах ГГц. Мы представляем гипотезы о том, как импульсные микроволновые преобразователи акустических волн от направленного луча энергии со специфическими характеристиками вызывают внутриклеточное повреждение головного мозга в нанометровом масштабе.Такие повреждения, как и при взрыве низкой интенсивности, лучше всего обнаруживаются с помощью ПЭМ (18, 19). Клиническое обнаружение аномалий визуализации требует использования DTI, метода визуализации воды. Гипотеза о том, что размеры повреждения ткани головного мозга, вызванного микроволновым излучением, могут быть аналогичны размеру связанной с индуцированной взрывом энергии первичной ударной волны низкой интенсивности (mTBI), требует экспериментальной проверки. Общность размеров фононного возбуждения может объяснить это размерное сходство. Более поздние симптомы, проявляемые персоналом посольства, также, по-видимому, имитируют характеристики травмы при ЧМТ, вызванной первичным взрывом низкой мощности (1–3).В дополнение к представлению последовательной физической наноразмерной модели повреждения головного мозга настоящая рабочая гипотеза может также объяснить, почему импульсные микроволны более разрушительны, чем непрерывные микроволны. Пороговые характеристики повреждения при различных энергиях импульсных волн микроволнового излучения еще предстоит определить.

Воздействие микроволн изменяет проницаемость гематоэнцефалического барьера, вызывая повреждение ДНК (11, 12). Известно также, что кровоизлияние в мозг происходит при взрывной травме, но оно описано гораздо лучше (28–30).Критический обзор Zhi et al. (31) пришли к выводу, что исследования на животных остаются противоречивыми и неубедительными. Величина рассматриваемой микроволновой энергетики по сравнению с высокоуровневыми взрывными воздействиями, вызывающими поражение полых органов и легких, на порядки меньше. Энергия, связанная с этим повреждением, сравнима с энергией, обнаруженной при воздействии взрыва низкой мощности в диапазоне от ~ 47 кПа до уровней <100 кПа, что приводит к наноразмерным повреждениям при отсутствии крупных или микроскопических повреждений органов (18). Долгосрочные исследования одиночных или импульсных микроволновых повреждений, приводящих к хроническим глиальным или астроцитарным эффектам, не проводились, в то время как ограниченные данные о влиянии гематоэнцефалического барьера предполагают эндотелиальную вакуолизацию в обонятельной области (11, 12). Давно известно, что мощные взрывы генерируют широковолновые микроволны, вероятно, с эффектами, отличными от рассматриваемых здесь коротковолновых высокочастотных микроволн (32).

Требуются дальнейшие исследования очевидно противоречивых данных (31). Постулируемое микроволновое повреждение головного мозга еще предстоит полностью охарактеризовать экспериментально. Настоящий анализ механизмов повреждения основан на хорошо обоснованных физических принципах и наблюдениях. Изучение времени воздействия, мощности и конкретных длин волн микроволн, рассматриваемых здесь, может служить для определения размеров повреждения головного мозга микроволнами, оптимальных методов диагностики и возможных защитных мер.Ограничения настоящей теории включают необходимость постулировать три гипотезы, возможно, вызывающие генерацию фононов в воде. Эти альтернативные возможности предполагают несколько подходов к экспериментальному исследованию.

Здесь мы представили физическую теорию, гипотезы травм и биологические данные, связанные с микроволновым повреждением мозга. Эти травмы можно исследовать путем воздействия на животных моделей микроволновым излучением с различной продолжительностью, мощностью, частотой и импульсами, включая величину и частоту, по сравнению с контрольной группой.Последующее нейроповеденческое тестирование с последующим всесторонним исследованием тканей головного мозга, включая ТЭМ, потребуется для выявления ультраструктурных повреждений. Параметры порогов мощности СВЧ, частоты, длительности и импульсных характеристик, вызывающих определенные виды поражения головного мозга, требуют различных типов экспериментальных воздействий. Предполагается начальная начальная точка частоты повторения 7 кГц с использованием импульсов 50 мкс, мощность отдельного импульса на мышиной мишени ~ 1 Вт / см -2 / рабочий цикл = ~ 3 Вт / см -2 .Микроволновые взаимодействия черепа требуют исследования с использованием импульсного микроволнового воздействия на диплоическую кость черепа или пьезоэлектрические заменители кости in vitro рядом с 0,9% изотоническим солевым раствором. Можно использовать высокочастотные датчики, прикрепленные к кости и в соседней воде, для обнаружения высокочастотных преобразованных акустических волн. Механизм генерации термоупругих фононов только в нормальном солевом растворе также может быть изучен с использованием прямого микроволнового воздействия для изучения основных аспектов генерации фононов в воде.Полученные таким образом данные in vitro могут быть использованы для определения исходных конкретных параметров мощности, длины волны и частоты импульсов, которые могут вызвать in vivo микроволновое повреждение головного мозга.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.

Вклад авторов

Все перечисленные авторы внесли существенный, непосредственный и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

Финансирование

RD, TA и SH являются штатными государственными служащими. GH является консультантом по физике в Медицинской школе Университета Миссури в Колумбии, штат Миссури. Эта работа была профинансирована в рамках их обязанностей.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Джеймса Хирвонена за критическое прочтение рукописи.Выраженные мнения принадлежат авторам, а не Университету Миссури, Министерству США по делам ветеранов, Военно-морской исследовательской лаборатории, Министерству обороны или правительству США.

Сноска

Каталожные номера

1. Swanson RL, Hampton S, Green-McKenzie J, Diaz-Arrastia R, Grady MS, Verma R, et al. Неврологические проявления среди правительственных служащих США, сообщивших о направленных слуховых и сенсорных феноменах в Гаване, Куба. ЯМА. (2018) 319:1125–33. дои: 10. 1001/jama.2018.1742

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

3. Верма Р., Суонсон Р.Л., Смит Д.Х. Результаты нейровизуализации у сотрудников правительства США с возможным воздействием направленных явлений в Гаване, Куба. ЯМА. (2019) 322:336–47. дои: 10.1001/jama.2019.9269

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

6. Лин Дж.К. Тайна звуковых атак на здоровье дипломатов в Гаване. Радионаучный бюллетень URSI. (2017) 362:102–3.

7. Лин Дж.К. Странные сообщения о звуке оружия на Кубе [Здоровье имеет значение]. IEEE Microw Mag. (2018) 19:18–9. дои: 10.1109/МММ.2017.2765778

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

9. Томас Дж.Р., Шрот Дж., Баньян Р.А. Сравнительное влияние импульсных и непрерывных микроволн 2,8 ГГц на поведение, определяемое во времени. Биоэлектромагнетизм. (1982) 3: 227–35. doi: 10.1002/bem.2250030207

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

10. Ван Б., Лай Х. Острое воздействие импульсных микроволн с частотой 2450 МГц влияет на способность крыс проходить водный лабиринт. Биоэлектромагнетизм. (2000) 21:52–6. doi: 10.1002/(SICI)1521-186X(200001)21:1<52::AID-BEM8>3.0.CO;2-6

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

12. Пахомов А.Г., Мерфи М.Р. Всесторонний обзор исследований биологических эффектов импульсного радиочастотного излучения в России и странах бывшего Советского Союза. В: Лин Дж. К., редактор. Достижения в области электромагнитных полей в живых системах. (2000). п. 265–90. дои: 10.1007/978-1-4615-4203-2_7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

13. Кучеров Ю., Хаблер Г., Михопулос Дж., Джонсон Б. Акустические волны, возбуждаемые фононным распадом, управляют разрушением хрупких материалов. J. Appl. физ. (2012) 111:023514. дои: 10.1063/1.3675274

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

14. Кучеров Ю., Хаблер Г.К., ДеПальма Р.Г. Вызванная взрывом легкая черепно-мозговая травма/сотрясение мозга: физический J-анализ. Заяв. физ. (2012) 112:104701. дои: 10.1063/1.4765727

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

15. ДеПальма Р.Г. Глава 2: Боевая ЧМТ: история, эпидемиология и виды травм. В: Kobeissy FH, Boca Raton FL, редакторы. Нейротравма: молекулярные, нейропсихологические и реабилитационные аспекты . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press/Taylor and Francis (2015). дои: 10.1201/b18126-3

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

16. Пратези Г., Барокки Ф.Связанная система монохроматора высокого разрешения-Фабри-Перо для измерения бриллюэновской и рамановской спектроскопии. Научно-техн. (1995) 6:41–5. дои: 10.1088/0957-0233/6/1/008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

17. Fangfei L, Qiliang C, Tian C, Zhi H, Qiang Z, Guangtian Z. In situ Изучение бриллюэновского рассеяния воды в условиях высокого давления и высокой температуры. Физ конденсирует материю. (2007) 19:425205–14. дои: 10.1088/0953-8984/19/42/425205

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

18.Song H, Cui J, Simonyi S, Johnson CE, Hubler GK, DePalma RG, et al. Связь физики взрыва с биологическими исходами при легкой черепно-мозговой травме: описательный обзор и предварительный отчет о модели взрыва в открытом поле. Поведение Мозг Res. (2018) 340:147–58. doi: 10.1016/j.bbr.2016.08.037

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

19. Song H, Konan L, Cui J, Johnson C, Langenderfer M, Grant D, et al. Ультраструктурные аномалии головного мозга и связанные с ними поведенческие изменения у мышей после низкоинтенсивного воздействия взрыва. Поведение мозга Res . (2018) 347:148–57. doi: 10.1016/j.bbr.2018.03.007

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

20. Габриэль С., Габриэль С., Кортаут Э. Диэлектрические свойства биологических тканей. Обзор литературы. Физико-медицинская биология. (1996) 41:2231–49. дои: 10.1088/0031-9155/41/11/001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

21. Хансен Дж.С., Кислюк А., Соколов А.П., Гайнару Дж. Идентификация структурной релаксации в диэлектрическом отклике воды. Phys Rev Letter. (2016) 116:237601. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.237601

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

24. Ватанабэ Ю., Танака Т., Таки М., Ватанабэ С. FDTD-анализ микроволнового слухового эффекта. IEEE Trans Microw Theory Tech. (2000) 11:2126–32. дои: 10.1109/22.884204

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

25. Wieland DCF, Krywka C, Mick E, Willumeit-Römer R, Bader R, Kluess D. Акустическое исследование обратного пьезоэлектрического эффекта трабекулярной кости в микрометровом масштабе с использованием синхротронного излучения. Акта Биоматериал . (2015) 25:339–46. doi: 10. 1016/j.actbio.2015.07.021

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

26. Нельсон К.А., Миллер Р.Дж.Д., Лутц Д.Р., Файер М.Д. Оптическая генерация перестраиваемых ультразвуковых волн. J Appl Phys. (1982) 53 1144–9. дои: 10.1063/1.329864

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

27. Игараси Ю., Мацуда Ю., Фьюз А., Ишивата Т., Наито З., Йокота Х. Патофизиология травматического повреждения головного мозга, вызванного микроволновым излучением. Biomed Rep. (2015) 3:468–72. doi: 10.3892/br.2015.454

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

28. Ван Ю., Арун П., Вей Ю., Огунтайо С., Гарави Р., Валиявиттил М. и соавт. Повторное воздействие взрыва вызывает фрагментацию ДНК головного мозга у мышей. J Нейротравма. (2014) 31:498–504 doi: 10.1089/neu.2013.3074

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

29. Kabu S, Jaffer H, Petro M, Dudzinski D, Stewart D, Courtney A, et al. Ударные волны, связанные со взрывом, приводят к увеличению утечки из сосудов головного мозга и повышению уровня АФК в модели черепно-мозговой травмы у крыс. ПЛОС ОДИН. (2015) 10:e0127971. doi: 10.1371/journal.pone.0127971

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

30. Smith M, Piehler T, Benjamin R, Farizatto KL, Pait MC, Almeida MF, et al. Взрывные волны от взорванной военной взрывчатки снижают уровни GluR1 и синаптофизина в культурах срезов гиппокампа. Опыт нейрол. (2016) 286:107–15. doi: 10.1016/j.expneurol.2016.10.002

Резюме PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

32. Черепенин В.А., Шумилин В.Ф. О механизмах широкополосного микроволнового излучения при взрыве конденсированных взрывчатых веществ. В: Сабат Ф., Моколе Э.Л., редакторы. Сверхширокополосные короткоимпульсные электромагнетики 10 . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Kluwer Academic/Plenum Publishers (1999). п. 33–9. дои: 10. 1007/0-306-47093-4_5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Радиоволны, микроволны, инфракрасный и видимый свет. Электромагнитные волны. Edexcel.Различное поведение разных групп в электромагнитном спектре делает их подходящими для целого ряда применений. С увеличением частоты электромагнитные волны становятся все более опасными.

Радиоволны

Радиоволны используются для связи, такой как теле- и радиовещание, связь и спутниковые передачи.

Радиоволны легко передаются по воздуху. Они не причиняют вреда при поглощении человеческим телом, и их можно отразить, чтобы изменить свое направление.Эти свойства делают их идеальными для коммуникаций.

Радиоволны могут создаваться колебаниями в электрических цепях. Когда радиоволны поглощаются проводником, они создают переменный ток. Этот электрический ток имеет ту же частоту, что и радиоволны. Информация кодируется в волну перед передачей, которая затем может быть декодирована при получении волны. Теле- и радиосистемы используют этот принцип для передачи информации.

Микроволны

Микроволны используются для приготовления пищи, связи и спутниковой связи.Интенсивные источники микроволн могут быть опасны из-за внутреннего нагрева клеток тела.

Микроволны – выше

Высокочастотные микроволны имеют частоты, которые легко поглощаются молекулами пищи. Внутренняя энергия молекул увеличивается, когда они поглощают микроволны, что вызывает нагрев. Микроволны легко проходят через атмосферу, поэтому они могут проходить между станциями на Земле и спутниками на орбите.

0.0.0.1:0.1.0.$0.$5.$0″> Инфракрасный свет

Инфракрасный (ИК) свет используется электрическими обогревателями, плитами для приготовления пищи, средствами связи ближнего действия, такими как пульты дистанционного управления, оптические волокна, системы безопасности и тепловизионные камеры, которые обнаруживают людей в темноте.Тепловой эффект ИК может вызвать ожоги кожи.

Инфракрасный свет — выше

Инфракрасный свет имеет частоты, которые поглощаются некоторыми химическими связями. Внутренняя энергия связей увеличивается, когда они поглощают инфракрасный свет, что вызывает нагрев. Это делает инфракрасный свет полезным для электрических обогревателей и для приготовления пищи. Все объекты излучают инфракрасный свет. Человеческий глаз не может видеть этот свет, но инфракрасные камеры могут его обнаружить. Это «тепловизионное изображение» полезно для обнаружения людей в темноте.

Видимый свет

Видимый свет — это свет, который мы можем видеть, поэтому он используется в фотографии и освещении. Он также используется в оптоволоконной связи, где закодированные импульсы света проходят по стеклянным волокнам от источника к приемнику.

СВЧ свойства | Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations

10-сантиметровые микроволны используются для демонстрации бегущих и стоячих волн, отражения, интерференции, преломления, дифракции, поглощения, поляризации, туннелирования и волноводов.

Что он показывает:

Ниже приводится последовательность экспериментов, которыми можно сопровождать стандартную лекцию об электромагнитных волнах. Кто-то может захотеть проследить демонстрацию «Свойства радиоволн» с этими микроволновыми компаньонами; на частоте 3 ГГц они в 10 раз выше по частоте и намного короче по длине волны. Это небольшой, но важный шаг от радиоволн к световым волнам. Действительно, демонстрации можно также использовать в лекциях о волновой природе света — эксперимент Юнга с двумя щелями особенно нагляден при использовании 10-сантиметровых микроволн.

(1) Можно исследовать направление поляризации микроволн и диаграмму направленности излучения рупорной антенны.

(2) Закон Малюса: моток проводов может использоваться для поглощения или передачи микроволн в зависимости от их ориентации по отношению к падающей поляризации.

(3) Поглощение микроволн водой

(4) Интерферометр: интерференция может быть продемонстрирована путем отражения микроволн от стационарного и подвижного «зеркала» на детектор.

(5) Стоячие волны могут создаваться суперпозицией падающих и отраженных микроволн.

(6) Преломление: большая парафиновая призма преломляет микроволны.

(7) Крупномасштабный эксперимент Юнга с двумя щелями — 15 градусов между максимумами интенсивности, создаваемыми двумя щелями, расстояние между которыми составляет 45 см.

(8) Бомбардировщик-невидимка: отражения от алюминиевой поверхности компенсируются отражениями от ткани Z 0 , расположенной на расстоянии λ/4 перед алюминием.

(9) Микроволновая зонная пластина иллюстрирует некоторые принципы оптических (видимый свет) зонных пластин Френеля.

(10) Явление микроволнового туннелирования

(11) Волноводы: направление микроволн с помощью параллельных проводящих пластин

Принцип работы:

Источником микроволн является модуль генератора с частотой 3 ГГц 1 , выходной сигнал которого усиливается мощностью 50 Вт. усилитель 2 , который, в свою очередь, питает рупорную антенну с усилением 20 дБ. 3 Микроволновый луч расходится примерно на ±20 градусов.Различные компоненты и вспомогательные источники питания находятся на специальной тележке.

Доступно несколько детекторов. Самый простой — это миниатюрная лампочка накаливания 4 , приклеенная к концу деревянного дюбеля. Два коротких медных провода, припаянные к его основанию, образуют 1/2-волновую дипольную антенну. Ток, индуцируемый в диполе, достаточно велик, чтобы зажечь лампочку на близком расстоянии.

Для больших расстояний, требующих большей чувствительности, используется другой детектор.Он также состоит из 1/2-волновой дипольной антенны, но подключен к ВЧ-диоду. 5 Выход представляет собой отрицательный постоянный ток, который можно считать непосредственно на аналоговом измерителе. 6 Измеритель, будучи физически небольшим, виден зрителям с помощью видеокамеры/проекции. Это может быть громоздко, поэтому была разработана другая схема обнаружения — аудиодетектор.

Постоянный ток дипольной антенны преобразуется в сигнал 0–2 кГц, который затем усиливается 3-ваттным аудиоусилителем для работы динамика.Вся схема с батарейным питанием размещена в переносном экранированном корпусе. 7

А теперь детали различных демонстраций, возможных с аппаратом:

(1) Микроволновый волновод/рупор ориентирован своим узким вертикальным размером, а это означает, что электронное поле является вертикальным и определяет направление поляризация. Это легко проверить с помощью детектора лампочки — лампочка ярко светится, когда диполь ориентирован вертикально, и полностью гаснет, когда ориентирован горизонтально.

(2) Микроволновый поляризационный фильтр: Один из способов создания заданной поляризации состоит в том, чтобы избавиться от нежелательных компонентов волн, заставив их работать и использовать свою энергию. Сетка проводов служит этой цели, поскольку они поглощают микроволны с E по всей длине провода.

Поскольку падающие микроволны уже поляризованы в вертикальном направлении, ориентируйте дипольный детектор вертикально, чтобы максимизировать сигнал. Поместите проволочную сетку между источником микроволн и дипольным детектором.Когда сетка поворачивается так, что провода располагаются вертикально, лампочка гаснет (сетка поглощает падающее излучение). Когда провода сетки расположены горизонтально, лампочка горит. Используя более чувствительный аудиодетектор, можно показать, что излучение, прошедшее через фильтр, поляризовано в новом направлении, которое зависит от ориентации сетки. Две такие сетки фильтров можно использовать вместе, чтобы продемонстрировать популярную «головоломку с тремя поляризаторами», обычно выполняемую со светом. В этом случае нам не нужны три фильтра, потому что микроволновый источник уже поляризован.Выполните следующие действия: начните с одной горизонтальной сетки фильтров (микроволны не обнаружены) и добавьте вторую сетку фильтров между первой и источником. Если промежуточная сетка находится под углом 45˚, микроволны снова попадают в детектор. Когда они ориентированы под углом 90˚ к относительной оси. друг друга («скрещенные» поляризаторы), никакое излучение не проходит, независимо от ориентации пары.

(3) Атмосферное поглощение (из-за водяного пара) радиосигналов на микроволновых частотах начинается около 2 ГГц и резко возрастает с увеличением частоты 8 .Хотя наша частота составляет всего 3 ГГц, поглощение микроволн водой легко показать — подумайте о «микроволновой печи». Просто поднесите руку к дипольной антенне, чтобы ослабить сигнал. Аквариум, полный воды, убивает сигнал. Радар демонстрирует серьезные проблемы с помехами, когда сигналы обратно рассеиваются от дождевых ячеек. Этот вид интерференции рассеяния можно имитировать, если человек движется рядом с детектором.

(4) Говоря об интерференции, можно легко установить интерферометр размером с комнату с двумя металлическими отражателями.Расположите детектор сбоку от рупора источника микроволн (вне луча). Поместите тонкий лист алюминия в луч и наклоните его так, чтобы микроволны отражались на детектор. Поместите второй лист в луч (также направленный на отражение на детекторе) и перемещайте его вперед и назад. Детектор будет выдавать максимумы и минимумы интерференции при перемещении второго отражающего листа. Это наш микроволновый аналог демонстрации Hear The Wall Bend, в которой используется лазерный свет.

(5) Наложение двух волн одинаковой частоты и амплитуды, но распространяющихся в противоположных направлениях, приводит к стоячей волне.Эта ситуация обеспечивается использованием всего одного металлического отражателя — интерференция между падающей и отраженной волнами приводит к возникновению стоячей волны, о чем свидетельствует исследование детектором пространства перед отражающей поверхностью. Интенсивные максимумы появляются через каждые 5 см.

(6) Парафин прекрасно преломляет микроволны. Эффект показывает большая равносторонняя треугольная призма. Расположите детектор вне прямого луча. Поверните призму так, чтобы она преломила луч на детектор.

(7) Большой эксперимент Юнга с двумя щелями: 45 см между двумя щелями шириной 10 см. Из-за слабого сигнала для этой демонстрации следует использовать дипольный/аудиодетектор. Максимумы интенсивности громкие и четкие и происходят примерно каждые 15˚. Обратите внимание, что условие конструктивной интерференции dsinθ = nλ не применимо к этой геометрии – два «луча» от щелей к детектору явно не параллельны (приближение, которое используется при выводе этой формулы).Однако можно использовать два деревянных стержня (с маркировкой λ/2 на них), чтобы имитировать эти лучи, сходящиеся на детекторе, и показать изменение мощности сигнала каждый раз, когда разница в длине пути между двумя лучами изменяется на λ/2.

(8) Можно создать антибликовую поверхность, создав два отражения, которые интерферируют деструктивно, подобно антибликовому покрытию на оптических линзах. Начнем с алюминиевого листа, который хорошо отражает микроволны. На расстоянии λ/4 перед металлическим листом находится лист «космической ткани» (а.к.а. Z 0 ткань). 9 Он частично отражающий и пропускает оставшуюся часть. Микроволны, проходящие через ткань, отражаются от металлического листа и снова проходят через ткань. Пройдя дополнительное расстояние λ/2, эти волны деструктивно интерферируют с волнами, отражаемыми тканью. В результате нет отражения.

Для демонстрации отодвиньте детектор в сторону, подальше от микроволнового луча. Покажите, как лист алюминия (расположенный в луче) отражает микроволны на детектор.Затем покажите, как лист космической ткани отражает микроволны на детектор. Покажите, как лист пенополистирола отражает , а не , и поэтому действует только как пассивная опора для космической ткани. Наконец, сделайте «бутерброд» из трех и покажите, как комбинация не отражает. Если вы добавите к бутерброду дополнительный лист пенополистирола толщиной 1 дюйм, то комбинация будет отражать , потому что расстояние в 2 дюйма между космической тканью и алюминием близко к ½λ, что делает дополнительную длину пути равной λ.

(9) Микроволны можно «сфокусировать» с помощью зонной пластины, чтобы проиллюстрировать некоторые принципы работы видимого света с зонными пластинами Френеля. Понимание пластин зоны Френеля помогает понять голографические пластины, что делает эту демонстрацию актуальной для этой темы.

На фото показан алюминиевый лист с вырезанными из него кольцами. Эти кольца можно снять. Если на этот лист падает плоская волна, фронты кольцевых волн исходят с противоположной стороны. Можно спросить, как меняется интенсивность вдоль «оптической оси».Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим точку на оси. Расстояние от этой точки до каждого кольцевого отверстия увеличивается с увеличением радиуса кольца. Если радиусы колец хитро подобрать так, чтобы эти расстояния увеличивались на целые числа длин волн, то будет иметь место конструктивная интерференция в этой точке. Можно говорить об освещенной точке как о фокусе, а о расстоянии от листа как о фокусном расстоянии. По мере удаления от листа вдоль оси встречаются другие точки, для которых условие конструктивной интерференции выполняется.Интенсивность в этих точках меньше, поэтому первый из них называется первичным очагом и определяется соотношением f = R 2 /mλ, где R — радиус m-го кольца (или зоны), а m это, конечно, целое число.

Радиусы кольца (измеренные до внешнего края) составляют 11, 15,3, 18,9 и 21,75 см, что дает основное фокусное расстояние 11,9 см для плоских волн λ=10 см. Как и в случае с линзами, чем ближе источник, тем дальше от пластины изображение.

(10) Микроволновое туннелирование можно продемонстрировать с помощью двух парафиновых прямоугольных призм, как показано на фотографиях.Когда призмы хорошо разделены, микроволны испытывают полное внутреннее отражение в первой призме и выходят наружу, о чем свидетельствует светящаяся лампочка. Когда призмы расположены близко друг к другу (менее 1/2 длины волны или около того), микроволны могут туннелировать через вторую призму и выходить наружу. Об этом свидетельствует свечение второй лампочки, в то время как первая уже не горит.

(11) Волновод с параллельными пластинами состоит из двух алюминиевых листов размером 24 x 48 дюймов (61 см x 122 см).Общий вид как на фото. Вертикально поляризованные микроволны от передающей рупорной антенны (справа) перехватываются второй рупорной антенной, которая, в свою очередь, направляет их в пространство между параллельными пластинами:

Слева на фото 1/2 лампочка волновой дипольной антенны, которая служит детектором:

Расстояние между двумя пластинами может варьироваться от 0 до 23 см. Если расстояние между двумя пластинами меньше 6 см, микроволны с длиной волны 10 см будут распространяться между пластинами 90 611 , а не 90 612 , и лампочка не загорится.Расстояние между пластинами можно увеличить (это легко сделать, поскольку одна из пластин движется по двум направляющим), чтобы показать, что существуют большие расстояния, удовлетворяющие граничным условиям для передачи. Видеокамера, направленная на лампочку, позволяет большому классу увидеть, как светится лампочка. Недостатком детектора с лампочкой является то, что он недостаточно чувствителен, чтобы показать максимальное и минимальное пропускание для больших промежутков между пластинами. Аудиодетектор (описанный выше) идеально подходит для этого: он абсолютно бесшумный при расстоянии между пластинами менее 6 см; медленно раздвигая пластины, аудиодетектор будет громко пищать каждый раз, когда разделение пластин удовлетворяет граничным условиям для передачи.Очевидно, что при использовании аудиодетектора видеокамера не нужна.

Что касается понимания того, что происходит, Фейнман предлагает хорошее (как обычно) качественное объяснение, которое он называет «другим взглядом на направленные волны» (RP Feynman, RB Leighton, and M. Sands, The Feynman Lectures on Physics). , Том II (Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс, 1964), стр. 24–10 — 24–12). Электромагнитное поле между двумя отражающими пластинами получается повторным использованием метода изображений, в котором отражающие пластины заменяются бесконечной последовательностью источников изображения, а поле между пластинами представляет собой суперпозицию полей от этих источников изображения. Это аналогично задаче в оптике, в которой рассматривается плоская волна, падающая на передающую решетку. Условие конструктивной интерференции оказывается таким же, и из него можно вывести условия распространения волны через параллельные пластины. Полный математический анализ был опубликован Смитом (Глен С. Смит, «Другое введение в управление электромагнитными волнами», Am J Phys 79 (3), 282-290 (2011).

Настройка:

Все части аппарата находятся на собственных тележках.Вам понадобится много места на полу.

 

Комментарии:

Предложенные выше демонстрации содержательны. Ясно, что все это невозможно сделать за одну лекцию, так как это требует некоторого времени, но потраченное время того стоит.

Безопасность:

Наиболее распространенными критериями воздействия электромагнитных полей на человека являются критерии, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Национальным советом по радиационной защите и измерениям (NCRP). Предел выражается через эквивалентную плотность мощности плоской волны. Предел Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) установлен на уровне 50 Вт/м 2 для излучения на частоте 2,4 ГГц. Воздействие рупорной антенны значительно ниже этого уровня на расстоянии более 1 метра.

1. Kuhne Electronic GmbH модель KU LO 3000 PLL-207

2. Kuhne Electronic GmbH модель KU PA 3050 A

3. Flann Microwave UK модель 10240-20

4. Миниатюрная лампа Chicago #338: 2.6 В постоянного тока, 60 мА, 162 мВт, 0,5 лм

5. Радиочастотный детектор Telenic XD-23E

6. Выбор измерителя (десятки мкА или сотни мкА, полная шкала) будет зависеть от расстояния до диполя антенны от источника микроволн, а также конкретное явление, которое нужно продемонстрировать.

7. Наибольший дипольный ток (когда антенна расположена близко к источнику микроволн) составляет около 1 мА, и схема рассчитана на воспроизведение тона с частотой 2 кГц на этом уровне. Частота уменьшается линейно с током примерно до 100 нА.Линейный отклик дополняется нашим восприятием интенсивности звука. Например, тон в 60 дБ на частоте 100 Гц воспринимается на 20 дБ громче (примерно в 4 раза громче) на частоте 2 кГц. По этой причине в качестве верхней частоты выбрана частота 2 кГц — на этой частоте усиливается восприятие уровня интенсивности. В нижней части диапазона звуковой сигнал перестает быть «тоном», как только вы попадаете в диапазон 1–10 мкА. Тем не менее отдельные колебания частотой 2-20 Гц по-прежнему воспринимаются как «мощность сигнала».” Опять же, динамический диапазон расширяется нашими слуховыми способностями. Поскольку мы чувствительны к 90 110 процентным 90 113 изменениям частоты, 90 110 изменений 90 113 сигналов низкого уровня легко воспринимаются — мы можем легко обнаружить изменения в несколько герц, когда абсолютная частота в десятках герц. Изменения мощности микроволнового сигнала могут быть обнаружены в конце зала B, когда источник находится рядом с доской (расстояние около 25 м). Можно даже обнаружить нормальную (хотя и небольшую) утечку микроволн вокруг дверь микроволновой печи.

8. Микроволновая связь на частотах выше 10 ГГц испытывает все более сильное затухание из-за водяного пара и кислорода в атмосфере. Дождь и другие погодные условия ухудшают затухание.

9. Космическая ткань натянута и поддерживается листом пенополистирола толщиной 1 дюйм. Толщина 1 дюйм выбрана потому, что она очень близка к ¼λ. Космическую ткань можно изготовить, нарисовав на холсте Аквадаг (коллоидную суспензию мелкодисперсного углеродного порошка). Повторяйте приложения до тех пор, пока импеданс не станет 377 Ом/квадрат (импеданс свободного пространства).Для этого применения можно также использовать имеющиеся в продаже ткани Uskon и листы, поглощающие микроволны Polyiron.

Почему микроволны в микроволновой печи настроены на воду?

Категория: Физика      Опубликовано: 15 октября 2014 г.

Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд

Микроволны в микроволновой печи , а не настроены на резонансную частоту воды. На самом деле микроволны, генерируемые внутри микроволновой печи, на самом деле не настроены на какую-либо конкретную резонансную частоту, поскольку волны являются широкополосными.Широкополосная электромагнитная волна содержит много частот. Вам нужна монохроматическая волна (почти одночастотная волна), чтобы настроиться на определенную частоту. Лазерные лучи монохроматичны. Радиоволны от простых антенн являются монохроматическими. Микроволны в микроволновой печи не монохроматичны.

Микроволны в микроволновой печи создаются устройством, называемым магнетроном, который представляет собой резонатор, который заставляет ток естественным образом колебаться на высокой частоте и, таким образом, излучает электромагнитные волны.Колебание тока в магнетроне не вызвано тонко управляемой внешней цепью. Скорее, колебание возникает естественным образом из-за того, что электроны, испускаемые катодом, случайным образом ударяются об анод, а затем плещутся, как указано формой магнетрона. Эта случайность заставляет магнетрон излучать много частот. Кроме того, случайный характер генерации колебаний также приводит к тому, что частоты нестабильны и быстро скачут. Исследование типичной бытовой микроволновой печи, проведенное Михалом Солтысиаком, Малгожатой Целух и Ульрихом Эрле и опубликованное в сборнике IEEE Microwave Symposium Digest, показало, что частотный спектр печи содержит несколько широких пиков, охватывающих диапазон от 2 до 2.от 40 до 2,50 ГГц. Кроме того, они обнаружили, что расположение, форма и даже количество широких пиков в частотном спектре зависят от ориентации объекта, находящегося в нагреваемой печи. Другими словами, точные частоты, присутствующие в электромагнитных волнах, наполняющих духовку, зависят от деталей самой пищи. Ясно, что микроволны не могут быть настроены по частоте на что-то конкретное, если частоты меняются каждый раз, когда вы нагреваете другую пищу. Поэтому в приложениях, где важна стабильная монохроматичность, например, в радиолокационных изображениях, применение магнетрона ограничено. В приложениях, где передача энергии важнее монохроматичности, например, в кухонной духовке, магнетрон идеален.

Так как же микроволны в духовке нагревают пищу, если они не настроены на определенную резонансную частоту воды? Они нагревают пищу за счет простого диэлектрического нагрева. При диэлектрическом нагреве электрическое поле в электромагнитной волне воздействует на молекулы пищи, заставляя их вращаться, чтобы выровняться с полем. Из-за этого вращательного движения молекулы сталкиваются друг с другом и превращают свое несколько упорядоченное вращательное движение в беспорядочное движение, которое мы макроскопически называем теплом.Таким образом, многие типы молекул в пище поглощают энергию микроволн, а не только молекулы воды.

В книге Рона Шмитта «Объяснение электромагнетизма» говорится:

Существует популярный миф, объясняющий работу микроволновых печей на особом резонансе молекул воды. На самом деле этот миф всего лишь миф. Обращаясь к рисунку 15. 2, можно увидеть, что резонанса воды на этой частоте нет. Первый резонансный пик возникает на частоте выше 1 ТГц, а самые высокие потери наблюдаются в инфракрасном диапазоне.Нет особого значения частоты 2,45 ГГц, за исключением того, что FCC выделяет ее как допустимую для использования в микроволновой печи.

Темы: приготовление пищи, еда, частота, микроволновая печь, микроволновая печь, микроволны, резонанс, резонансная частота, спектр

Эксперимент с мылом в микроволновке

Ого! Что только что произошло? Чтобы попытаться понять это, давайте подробнее рассмотрим микроволновую печь. Их часто считают волшебными ящиками для разогрева еды, но на самом деле они довольно интересны!
Микроволновые печи нагревают пищу, бомбардируя ее электромагнитным излучением, также известным как свет.В отличие от света, о котором думает большинство из нас, используя это слово, микроволновый свет невидим. Весь свет распространяется в виде волн, и эти волны слишком растянуты, чтобы их мог обнаружить человеческий глаз.

Эта анимация показывает, как распространяется электромагнитная волна. На самом деле это две взаимосвязанные волны, одна электрическая и одна магнитная. Источник Д-р Ханс Фукс, Университет Георга Августа, Геттинген,

Глаза отлично подходят для обнаружения света, но они могут обнаруживать только определенные длины волн.Большая часть света на самом деле находится за пределами человеческого глаза! Ученые часто строят телескопы, чтобы смотреть на эти другие виды света, такие как ультрафиолетовое, рентгеновское, инфракрасное и даже микроволны, чтобы увидеть, чего мы упускаем, когда смотрим на небо одними глазами.

Различные типы света составляют электромагнитный спектр и различаются по длине волны. Видимый спектр составляет крошечную его часть. Изображение из НАСА

Микроволны также идеально подходят для передачи тепловой энергии пище.Когда электромагнитные волны проходят через него, они изгибают полярные молекулы (молекулы, у которых есть положительно заряженные и отрицательно заряженные концы)! Когда молекулы извиваются в микроволнах, они сталкиваются друг с другом и ускоряют друг друга. На самом деле температура — это всего лишь способ измерить, насколько быстро движутся молекулы в чем-то, так что по мере того, как молекулы двигаются все быстрее и быстрее, еда нагревается! Что не менее важно, они также нагревают любые карманы газа, которые находятся внутри того, что мы пытаемся нагреть.
Мыло цвета слоновой кости содержит огромное количество микроскопических пузырьков воздуха. Когда микроволновая печь начинает нагреваться, происходят две важные вещи: само мыло размягчается и тает, а воздух, находящийся внутри мыла, расширяется.

Это связано с законом Чарльза, обсуждаемым здесь. В конечном итоге крошечные воздушные карманы в мыле Ivory превращаются в гигантскую пену пузырьков. Возможно, вы видели этот процесс раньше… это та же наука, которая заставляет попкорн превращаться из маленьких плотных зернышек в пушистые кусочки размером с укус!

Взбивание ядер попкорна.Источник 9gag.

Итак, мы кардинально изменили мыло? Немного! Мы просто заставили его занимать больше места.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.