Устройство магнетрона микроволновой печи: Магнетрон: устройство и принцип действия — Мир Антенн

Содержание

Магнетрон: устройство и принцип действия

Миллионы людей во всем мире ежедневно разогревают пищу в микроволновых печах, но при этом не задумываясь о том, как работает СВЧ-печь, а ведь это на самом деле интересно.
Кстати, первые микроволновые печи, вопреки расхожему мнению появились не в Германии, а в Америке. В Советском союзе они также выпускались с середины 80-х годов.

Как видно на рисунке, микроволновка устроено достаточно просто — в каждой модели есть дверца с защелками, лампа освещения камеры, поддон и тренога на которой вращается тарелка, панель управления и вентиляционные отверстия. А внутри агрегата скрывается конденсатор, трансформатор, волновод и самый главный элемент микроволновой печи — магнетрон. Вот об этом загадочном устройстве в этой статье мы поговорим подробнее.

Магнетрон — «сердце» микроволновой печи

Магнетрон переводится с греческого «магнит» и «электрон». Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны.

Со школьного курса физики мы помним, что волна — это сочетание переменных магнитного и электрических полей. Любая пища содержит молекулы воды, а отрицательно и положительно заряженные частицы воды отлично проводят электричество, которое магнетрон преобразует в сверхчастотное электрическое поле, и греет пищу с помощью невидимых человеческому глазу волн.
Кстати, микроволны существуют и в природе — их испускает солнце.
Впервые термин появился почти 100 лет назад благодаря американскому ученому Асафу Холлу, но патент на изобретение магнетрона получил другой ученый только в 1924 году, и в дальнейшем ученые всего мира ломали головы как увеличить частоту колебания для генерации волн. Тут отлично сработали советские ученые, которые предложили использовать в его устройстве медь, что увеличило частоту колебаний вдвое.
С тех пор магнетрон успешно используется в радарах и радиолокационных приборах, и даже был очень полезен во времена Второй мировой войны. Но только через год после Победы магнетрон расплавил шоколад в кармане американского инженера, и именно таким случайным образом этот прибор начали использовать в быту, создав на его основе всем известную микроволновую печь.

Правда первая в мире микроволновая печь весила более 300 кг и стоила 3 тысячи долларов.

Устройство магнетрона

Визуально магнетрон кажется не хитро устроенной деталью. Снаружи магнетрона возвышается колпачок антенны излучателя (№1 на рисунке). Внутри магнетрон состоит из двух кольцеобразных магнитов (№2), которые создают магнитное поле. Под №3 изображен радиатор, который избавляет устройство от излишков тепла. Под №4 — контакты, которые обеспечивают работу устройства. Изолятор (№5) защищает корпус от излучения, коробка фильтра (№6) защищает фильтр от внешнего воздействия. Корпус, изображенный под №7, делает устройство жестким, а значит, более защищенным. Сетка фильтра (№8) выполнена из медной проволоки, она не дает микроволнам покидать магнетрон, и обеспечивает контакт между магнетроном и печью. Изолятор (№9), соответственно изолирует устройство, а фланец, изображенный под №10 фиксирует магнетрон к корпусу печи.

Применение магнетрона в быту

Конечно магнетрон используемый для СВЧ-печей, работает несколько иначе, чем магнетрон в радиолокационных системах военных. И самое главное правило продления службы микроволновой печи — категорически нельзя включать пустую микроволновую печь. В противном случае может возникнуть искрение — микроволнам в таком случае некуда деться, и магнетрон может повредиться.
Скорость, при которой пища разогревается зависит исключительно от мощности магнетрона. Обычно она колеблется от 650 до 850 Вт. Чтобы проверить мощность, нужно закипятить в микроволновке стандартный стакан с водой, на это должно уйти от 2 до 3 минут.

Магнетрон распространяет радиацию?

Это один из самых распространенных мифов. В микроволновой печи попросту нет элементов, которые могут выделять радиацию, а микроволны заставляют молекулы усиленно «тереться», и за счет этого пища нагревается.
Микроволновых волн также не стоит бояться, хотя бы потому что любая микроволновая печь сконструирована так, чтобы защитить окружающих от них. Например, ни одна микроволновая печь не будет работать с открытой дверцей. В каком то количестве волны могут выходить наружу, но не дальше чем на расстояние 5 метров, а поэтому просто не стойте рядом с печью во время подогрева пищи. Питательные вещества из-за работы магнетрона также теряются не более, чем при любой другой термообработке.

Неисправности магнетронов

Магнетрон — это едва ли не главная деталь микроволновой печи, поэтому неудивительно, что когда он выходит из строя, хочется понять, подлежит запчасть ремонту или замене.

Сразу плохие новости — случаи поломки магнетрона, которые не подлежат ремонту. К ним относится обрыв нити накаливания, короткое замыкание, отсутствие генерации волн и нарушение вакуума.
Но бывают и такие неисправности магнетрона, которые можно устранить, например пробой конденсаторов, который определяется при выключенной внешней сети между магнетроном и корпусом с помощью тестера. Причиной такой поломки могут быть перепады напряжения в сети.
Также из-за того, что микроволновка долго работала «впустую» может заметно снизится мощность печи. В этом случае может помочь способ добавления напряжения на накал, если это позволяет конструкция вашей микроволновой печи.

Бывает, что в печи возникает СВЧ-разряд между антенной магнетрона и корпусом устройства. В такой ситуации нужно срочно заменить колпачок. Но учтите, что деталь должна быть идентичной сгоревшей.

Покупка магнетрона к СВЧ

Если магнетрон не подлежит ремонту, и вы решили его заменить, учтите, что он должен полностью соответствовать вышедшей из строя детали. Если вы собираетесь купить магнетрон самостоятельно, уточните его маркировку.
Кстати, при выборе магнетрона руководствуйтесь не столько маркой микроволновой печи, сколько мощностью детали.

Принцип работы и устройство магнетрона

Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в электронике и радиотехнике; устанавливаются в радиолокационных стациях, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон.

Конструкция многорезонаторного магнетрона

Его о

сновой является анодный блок, который представляет собой толстостенный полый медный цилиндр, в стенках которого вырезаны полости, соединённые с центральным пространством щелями. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов.

В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду (подогреваемая нить накала), который проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний устанавливается в одном из резонаторов. Торцы цилиндра герметично закрыты медными крышками, а внутри обеспечивается вакуум высокой степени. Эффективное охлаждение блока обеспечивается ребристыми радиаторами, расположенными на его поверхности.

Принцип действия магнетрона

Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения.

При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.

При некоторых условиях динамического равновесия, возвращающиеся в область катода электроны заменяются вылетевшими вновь. Поскольку электроны постоянно перемещаются от катода к аноду, возле последнего рядом со щелями объёмных резонаторов устанавливается постоянно вращающийся заряд кольцеобразной формы. По мере движения по окружности центральной полости анодного блока электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания.

Выводятся эти колебания посредством витка проводов, расположенного в полости одного из резонаторов, которые затем передаются в коаксиальную линию или волновод.

Микроволновая печь. Устройство и принцип работы. Часть 1

Микроволновая печь.
Микроволно́вая печь или СВЧ-печь — электронное устройство, предназначенное для подогрева или быстрого приготовления пищи, размораживания продуктов с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (как правило с частотой 2450 МГц).
В промышленности эти печи используются для разморозки, сушки, плавления пластмасс, обжига керамики , разогрева клеев и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).
В отличие от классических печей (например, духовки ), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см.

Это значительно сокращает время разогрева продукта.

Устройство
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор — магнетрон. Для того, чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 600-900 Вт. Вырабатываемые магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу — каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, в верхней части полости), в других — через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира с разогреваемой пищи, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения.

Слюдяные пластинки (обтюраторы) со временем пропитываются жиром, становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые.

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается особой стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам используется гриль.

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Специальное покрытие (биокерамическое — Moulinex, антибактериальное — LG) представляет собой специальное соединение, которое спекается при высокой температуре, благодаря чему покрытие камеры представляет собой абсолютно гладкую поверхность. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду во внутрь микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на неё покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Положительное свойство этого материала — прекрасное отражение микроволн. Минус — то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней поверхности СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
— металлическая камера, в которой концентрируется высокочастотное излучение и куда помещаются разогреваемые продукты;
— трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;
— СВЧ-излучатель — магнетрон;
— волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
— цепи управления и коммутации;
— вращающийся столик (стеклянная тарелка) — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
— схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
— вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит внутри, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин.

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в камеру печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомнив, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см, становится ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы находится уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет около четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, которая надежно гасит излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными направляющими на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом же деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом — достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине — хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния — вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному — тем больше излучённая мощность печи в единицу времени — метод так называемой широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи (слышать изменения шума, производимого работающей печью, а также — по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе — пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.
Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в СВЧ-печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») — даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Нельзя нагревать в микроволновке жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений не рекомендуется сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом необходимо проткнуть каждую сосиску вилкой).
Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность — вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц.

Магнетрон устройство и принцип работы

Как работает микроволновка — принцип работы СВЧ и магнетрона

Микроволновая печь, более известная как микроволновка – полезный кухонный прибор, который в разы упрощает повседневную жизнь. Имея ее в своем арсенале, не придется подолгу возиться на кухне, подогревая пищу. Микроволновую печь еще называют СВЧ-печью.

Задача этого бытового электроприбора – быстрое приготовление или быстрый подогрев приготовленной пищи, размораживание продуктов. Если сравнивать с классической печью, например, духовкой, микроволновка разогревает продукты не с поверхности, а по всему объему.

Микроволны, глубоко проникая практически в любую пищу, в разы сокращают время разогрева. В статье пойдет речь о принципе работы и устройстве этой техники, незаменимой на кухне.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы.

С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке.

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Схема СВЧ печи

Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото.

В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения.

В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.

Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.

В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.

Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.

Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.

Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.

Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.

Устройство микроволновки

Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.

Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.

Блок управления

Панель управления бывает:

Блок управления поддерживает заданную мощность и выключает устройство по истечении заданного времени.

Внутри электронного блока – микроЭВМ с богатым потенциалом, поэтому в ходе производства печей ему находят другое применение. Например, встраивают часы или отрывки мелодий, которые сигнализируют об окончании работы.

Сама схема устроена по-разному. Простейшая представляет собой круговые регуляторы, один из которых – таймер. Бывает и гибридная система – с кнопками. Она, по сравнению с «механикой» более функциональна.

Все чаще встречается блок управления в виде сенсорной панели. Принципом работы она аналогична механическим кнопкам, только надежнее. Продвинутые схемы поддерживают «программирование» — настраивается мощность и время выдачи излучения.

Блок генерации СВЧ излучения

Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах.

Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.

Системы основной и вторичной защиты

Контрольные датчики следят за тем, чтобы ключевые электронные и аппаратные части работали исправно, а не в аварийном режиме. Их функция – обеспечение безаварийной работы микроволновой печи и предотвращение опасных сбоев.

Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:

Primary Switch;
Secondary Switch;
Door Switch;
Monitor Switch.

Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.

Функции микроволновки

Микроволновую печь большинство используют просто для нагрева пищи. Но эта техника способна на большее. С ее помощью можно даже готовить шашлык, курицу-гриль, выпекать картошку и так далее.

Единственное, режим «гриль» требует мощности в 1500 Вт, значит света «тянуть» печь будет немало. Да и магнетрон – блок, генерирующий излучение, не вечен.

Поэтому, чем реже пользоваться печью, тем дольше она прослужит. Сейчас редко кто полностью отказывается от традиционных плит в пользу микроволновок.

Перечь функций, доступных в СВЧ-печах и их назначение:

подвижный гриль. Позволяет менять угол наклона. Те, кто предпочитает курицу-гриль, выбирают печи с этой функцией;
конвекция. Обдув продуктов питания горячим воздухом. Как заявляют производители, эта функция предназначена для выпекания. Правда, модели печей с нею дорогие, тяжелые и громоздкие. Неудивительно, так как сзади техники ставится немаленький вентилятор, нагнетающий воздух;
биопокрытие. Иначе – керамическое покрытие, хотя производители именуют их по-разному. Его преимущества: стойкость, прочность, биологическая инертность (микробы не будут размножаться внутри печи, даже если долго ее не мыть). Чем дороже модель микроволновки, тем «навороченней» в ней покрытие;
автоприготовление. Это функция, встречающаяся в технике компании LG. Есть программы, полностью автоматизированные, предназначенные для готовки определенного блюда. К примеру, готовится каша. С этим режимом остается только выбрать вес продукта, а мощность и время зададутся автоматически;
размораживание. Все просто – печь работает на минимальной мощности, необходимой для разморозки продуктов;
Intellowave. Система, позволяющая равномерно прогреть еду, например, большой кусок мяса. Встроенные датчики «наблюдают» за отдельными участками продукта, определяя температуру поверхности и регулируя мощность;
подача пара. Дополнительная возможность, предотвращающая пересушивание пищи в ходе приготовления;
проветривание рабочей камеры. Полезно, если хочется, чтобы новое блюдо не пропиталось оставшимися запахами.

Что такое магнетрон

Магнетрон в микроволновке – это элемент, генерирующий высокочастотное излучение в рабочей камере. Излучаемые электромагнитные волны воздействуют на молекулы, содержащиеся в пище, из-за чего она разогревается. То есть для подогрева не требуется внешнее тепловое воздействие.

Именно по этой причине температура в микроволновках не превышает отметку в +100 градусов Цельсия. Магнетрон – основная деталь, которая иногда выходит из строя. Ее можно заменить на новую, но для этого учитывается полная совместимость по мощности, частоте, расположению клемм.

Принцип работы магнетрона

Микроволновая печь работает так: она преобразует электроэнергию в высокочастотное электромагнитное излучение. В результате, молекулы воды, содержащиеся в пище, начинают «двигаться», что приводит к разогреву. Устройство, генерирующее микроволны, называется магнетроном.

Нередко магнетрон сравнивают с электровакуумным диодом, который работает за счет явления термоэлектронной эмиссии. Явление образуется, если нагревается поверхность катода или эмиттера.

Высокая температура «вынуждает» активные электроны покинуть поверхность. Но для этого на анод должно подаваться напряжение.

Образуемое электрическое поле приводит электроды в движение, которые по силовым линиям направляются к аноду. Электрон, оказавшийся в области магнитного поля, меняет свою траекторию.

Их траектория нарушается, и они начинают вращаться вокруг катода. Электроны, проходящие около резонаторов, отдают им часть собственной энергии (взаимозаменяемость). В результате в полости образуется мощное сверхвысокочастотное поле, выводимое наружу посредством проволочной петли.

Магнетрон «запускается», когда на анод подается высокое напряжение – 3000 – 4000 В. По этой причине в бытовых электросетях магнетрон должен подключаться через высоковольтный трансформатор.

Устройство магнетрона

Магнетрон – элемент, ответственный за генерацию высокочастотных колебаний. Есть устройства с похожим принципом действия – клистроны и платинотроны, но они не получили должного распространения.

Впервые магнетрон задействовали в СВЧ-печи в 1960 году. Сейчас используется многорезонаторный элемент. Его компоненты и их описания:

анод. Цилиндр из меди, состоящий из нескольких секторов. В нем есть полости-резонаторы, которые создают кольцевую систему колебаний;
катод. Цилиндр с нитью накаливания, расположенный в центре магнетрона. Эта часть ответственна за эмиссию электронов;
кольцевые магниты. Расположены на торцах печи. Они создают магнитное поле, направленное параллельно они магнетрона. Электроны движутся в том же направлении;
проволочная петля. Находится в резонаторе, соединяется с катодом и выводится к антенне-излучателю. Задача петли – вывод высокочастотного излучения в волновод. Оттуда оно поступает в рабочую камеру микроволновки.

Подключение магнетрона

Схема включения – однополупериодное выпрямление высоковольтного напряжения. Выход трансформатора работает в режиме короткого замыкания выходной обмотки (не дольше 5 минут).

Испорченный магнетрон нет смысла нести в ремонт – даже хорошо оснащенные мастерские этим не занимаются. Поэтому приобретают новую деталь.

Извлекая ее из микроволновки, помечают контакты разъемов, чтобы не перепутать их при переустановке. При неправильном подключении выводов магнетрон работать не будет.

Но подойдет аналогичная деталь. Мощность выбирается та же или выше, крепления и разъемы подключения должны совпадать.

Независимо от производителя, магнетроны имеют единое устройство, отличается только конструкция. Поэтому, заменяя деталь, нужно убедиться, что аналог плотно прилегает к волноводу.

Благодаря серийному изготовлению СВЧ блоков микроволновка становится простой, но полезной в условиях кухни техникой, которая в разы облегчает процедуру приготовления или разогрева пищи. Обслуживать ее легко, а конструкция не предполагает незаменимых деталей, что повышает надежность. Бытует мнение, что излучения от микроволн – вредны, но это не более чем миф.

Магнетроны. Устройство и работа. Виды и применение. Как выбрать

Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи модуляции потока электронов. Магнитные и электрические поля в нем действуют с большой силой. Наиболее распространенная модификация магнетрона – это многорезонаторный.

Впервые магнетрон был создан в Америке в 1921 году. С течением времени эксперименты с ним продолжались. В результате появилось множество видов магнетронов, использующихся в радиоэлектронике. В 1960 году приборы стали использоваться в печах сверхвысокой частоты для домашнего применения. Менее распространены клистроны, платинотроны, которые основаны на этом же принципе действия.

Устройство и принцип работы

1 — Анод
2 — Катод
3 — Накал
4 — Резонансная полость
5 — Антенна

Магнетроны резонансного типа состоят из:

Анодный блок . Представляет собой толстостенный металлический цилиндр с полостями в стенках. Эти полости являются объемными резонаторами, которые создают колебательную кольцевую систему.
Катод . Он имеет цилиндрическую форму. Внутри него размещен подогреватель.
Внешние электромагниты или постоянные магниты . Они создают магнитное поле, которое параллельно оси прибора.
Проволочная петля . Она применяется для вывода сверхвысоких частот, и закреплена в резонаторе.

Резонаторы создают кольцевую систему колебаний. Возле них пучки электронов воздействуют на электромагнитные волны. Так как эта система выполнена замкнутой, то она способна возбудиться только на определенных частотах колебаний. При нахождении рядом с рабочей частотой других частот, случается перескакивание частоты и нарушается стабильность работы устройства.

Чтобы исключить такие отрицательные эффекты магнетроны с одинаковыми резонаторами оснащаются разными связками, либо используются магнетроны с отличающимися размерами резонаторов.

Магнетроны разделяют по виду резонаторов:

Лопаточные.
Щель-отверстие.
Щелевые.

В магнетронах применяется движение электронов в перпендикулярных магнитных и электрических полях, созданных в зазоре кольца между анодом и катодом. Между ними подается напряжение (анодное), которое образует радиальное электрическое поле. Под воздействием этого поля электроны вырываются из нагретого катода и устремляются к аноду.

Анодный блок находится между полюсов магнита, образующего магнитное поле, которое направлено вдоль оси магнетрона. Магнитное поле действует на электрон и отклоняет его на спиральную траекторию. В промежутке между анодом и катодом создается вращательное облако, похожее на колесо со спицами. Электроны возбуждают в объемных резонаторах колебания высокой частоты.

Отдельно каждый резонатор является колебательной системой. Магнитное поле концентрируется внутри полости, а электрическое поле сосредоточено у щелей. Энергия выводится из магнетрона с помощью индуктивной петли. Она размещена в соседних резонаторах. Электроэнергия подключается к нагрузке коаксиальным кабелем.

Нагревание токами высокой частоты производится в волноводах различного сечения, либо в объемных резонаторах. Также нагревание может производиться электромагнитными волнами.

Приборы работают от выпрямленного тока по простой схеме выпрямления. Устройства небольшой мощности способны работать от переменного тока. Рабочая частота тока магнетронов может достигать 100 ГГц, мощностью до нескольких десятков киловатт в постоянном режиме, и до 5 мегаватт в режиме импульсов.

Устройство магнетрона довольно простое. Его стоимость невысока. Поэтому такие качества в сочетании с повышенной эффективностью нагревания и разнообразным использованием высокочастотных токов открывают большие возможности использования в разных сферах жизни.

Основные виды магнетронов

Многорезонаторные устройства . Они содержат анодные блоки с несколькими резонаторами. Блоки состоят из различного вида резонаторов. В диапазоне 10 см длины волны магнетрон обладает КПД 30%. Выход излучения высокой частоты осуществляется сбоку в щель резонатора.
Обращенные устройства . Они бывают двух исполнений: коаксиальные и обычные. Такие магнетроны способны выдать импульсы высокой частоты 700 наносекунд с энергией 250 джоулей. Коаксиальный вид магнетрона содержит стабилизирующий резонатор. В нем имеются отверстия во внешней стенке, а также ферритовые стержни с подмагничивающими катушками.

Сфера использования магнетронов

В устройствах радаров антенна подключена к волноводу. Она, по сути, является щелевым волноводом, или рупорным коническим облучателем вместе с отражателем в виде параболы (тарелка). Управление магнетрона осуществляется с помощью коротких мощных импульсов напряжения. В итоге образуется короткий импульс энергии с малой длиной волны. Малая часть такой энергии поступает снова на антенну и волновод, и далее к чувствительному приемнику. Сигнал обрабатывается и поступает на электронно-лучевую трубку на экран радара.
В бытовых микроволновых печах волновод имеет отверстие, которое не создает препятствие радиочастотным волнам в рабочей камере. Важным условием работы микроволновки является условие, чтобы при работе печи в камере находились какие-либо продукты. При этом микроволны поглощаются продуктами, и не возвращаются на волновод. Стоячие волны в микроволновой печи могут искрить. При долгом искрении магнетрон может выйти из строя. Если в микроволновке мало продуктов для приготовления, то лучше дополнительно поместить в камеру стакан с водой для лучшего поглощения волн.

1 — Магнетрон
2 — Высоковольтный конденсатор
3 — Высоковольтный диод
4 — Защита
5 — Высоковольтный трансформатор

В радиолокационных станциях используются коаксиальные магнетроны с быстрым изменением частоты. Это позволяет расширить тактико-технические свойства локаторов.

Выбор и приобретение магнетрона

Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры.

Наиболее малую мощность имеет магнетрон 2М 213. Его мощность составляет 700 ватт при нагрузке и 600 ватт номинальная.

Приборы средней мощности в основном изготавливают на 1000 ватт. Марка такого магнетрона – 2М 214.

Наибольшая мощность магнетрона у модели 2М 246.

Показатель мощности у них равен 1150 ватт. Перед приобретением необходимо сопоставить цену магнетрона со стоимостью всей печи, и не забыть о стоимости работ по ремонту. Возможно, что не будет смысла в ремонте.

Можно ли магнетрон заменить самостоятельно

Для разных моделей микроволновок можно устанавливать магнетрон других фирм изготовления. Главное, чтобы он подходил по мощности, в настоящее время не проблема приобрести его в торговой сети. Исключение составляют модели, которые уже сняты с производства.

Однако, даже если вы разобрались в устройстве микроволновки, то не рекомендуется заниматься заменой деталей в домашних условиях, так как этим должны заниматься квалифицированные специалисты, способные обеспечить безопасную работу устройства. К тому же, сделать это самостоятельно будет довольно проблематично.

Работа микроволновки

Пища имеет в составе воду, которая состоит из заряженных частиц. Продукты в микроволновой печи разогреваются посредством воздействия на них волн высокой частоты. Молекулы воды выступают в качестве диполя, так как проводят волны электрического поля.

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

Микроволновую печь в наше время можно встретить практически на каждой кухне. Однако не многие знают, как она работает, и что такое магнетрон. Чтобы понять, что представляют собой микроволны и как они образуются, необходимо разобраться с устройством этого прибора.

Как выглядит магнетрон

Назначение и принцип работы магнетрона

Магнетроном называют электронное устройство большой мощности, которое с помощью изменения потока электронов генерирует высокочастотные микроволны. Молекулы воды, которые обязательно присутствуют в продуктах, имеют хорошую электропроводность. Под действием сверхвысокочастотных магнитных колебаний, создаваемых магнетроном, они начинают двигаться с высокой скоростью, нагревая при этом пищу.

В бытовых приборах используется многорезонаторная разновидность магнетрона, в которой на электроны одновременно воздействуют три поля:

сверхвысокочастотное;
электрическое;
магнитное.

Видео: что такое магнетрон

Магнетрон генерирует СВЧ колебания, обеспечивая высокую мощность на выходе, не смотря на небольшой вес и компактные габариты. В непрерывном режиме мощность устройства может достигать десятков киловатт. Максимальная мощность при импульсном режиме работы составляет – 5МВт. Мощность магнетронов, установленных в большинстве микроволновых печей, составляет 650-850 Вт.

Питание маломощных магнетронов осуществляется переменным током. Для более мощных устройств необходим выпрямленный оперативный ток. Магнетроны работают на различных частотах в диапазоне 0,5 – 100 ГГц.

Упрощенная схема работы магнетрона

Из чего состоит магнетрон

Все приборы, генерирующие СВЧ волны, независимо от их выходных характеристик, имеют идентичную конструкцию. Схема магнетрона состоит из следующих частей:

анодного блока, представляющего собой толстостенный цилиндр из металла, в стенках которого имеются отверстия (резонаторы), необходимые для образования кольцевой колебательной системы;
цилиндрического катода, во внутренней полости которого встроен подогреватель;
электромагнита или внешнего магнита, создающего магнитное поле;
проволочной петли, которая крепится к резонатору и служит для вывода энергии.

Резонаторы устройства выполняют замедляющую функцию. В них происходит столкновение электромагнитных волн с пучком электронов. В результате этого взаимодействия высокочастотное поле получает от электронов часть их энергии, вывод которой осуществляется посредством петли связи, закрепленной на анодном блоке.

Устройство будет работать бесперебойно только при условии, что разница между рабочей и резонансной частотами составит как минимум 10%. При небольшой разнице частот применяется разнорезонаторная колебательная система, в которой четные и нечетные резонаторы различаются по размеру.

Сферы применения магнетронов

Помимо обычных микроволновых печей магнетроны применяются в различных областях промышленности, а также при производстве радиолокационных систем. В зависимости от сферы применения магнетроны имеют определенные особенности:

Для работы в радарных установках устройство прикрепляется к антенне конической формы с параболическим отражателем. Управление осуществляется с помощью коротких импульсов высокой интенсивности. Излучаемая микроволновая энергия улавливается чувствительным приемником. Отображение обработанного сигнала происходит на электронно-лучевой трубке.
Для функционирования радиолокационных станций применяются коаксиальные магнетроны, характеризующиеся быстрым изменением частот. Их целесообразно использовать для расширения тактико-технических качеств локаторов.
В магнетронах, установленных в бытовых микроволновых печах, имеется прозрачное отверстие, которое выходит в рабочую камеру прибора. Использование пустой печи может способствовать поломке прибора, так как микроволны будут не отражаться, а поглощаться волноводом.

В промышленности магнетроны применяются для обеззараживания, сушки зерновых культур. СВЧ-технологии используются при пастеризации и стерилизации молока и других жидких продуктов. Они эффективны для поддержания технологического режима при сушке лекарственных трав или древесины. В химической промышленности магнетроны применяются при получении различных кислот и разложении нитратов.

Видео: как работает магнетрон

Основные преимущества магнетронов

Поскольку рабочие частоты микроволновых излучателей на несколько порядков ниже инфракрасных или световых источников, глубина проникновения излучаемых ими волн существенно выше. При высоких значениях частот объект, подвергающийся обработке, нагревается только снаружи, а остальной объем прогревается за счет процесса теплопроводности, что ведет к ухудшению качественных характеристик.

Использование микроволн предпочтительнее теплового излучения, когда требуется быстрый разогрев, варка или сушка продуктов. Использование магнетрона не влияет на их вкусовые характеристики и внешний вид, а содержание витаминов и других полезных веществ практически не изменяется.

Применение микроволновых печей помогает снизить затраты на электроэнергию. Это объясняется следующими преимуществами СВЧ-технологий:

точная регулировка температуры;
высокая плотность энергии и мощности;
хорошая фокусировка;
мгновенное отключение и включение.

Магнетрон

Возможные неисправности магнетрона и его замена

Поскольку магнетрон является основной деталью СВЧ-печи, необходимо знать основные причины его выхода из строя. Существует несколько видов поломок излучателя, после которых он не подлежит восстановлению:

короткое замыкание;
повреждение нити накаливания;
нарушение герметичности;
отсутствие генерации колебаний.

В некоторых случаях магнетрон можно вернуть в рабочее состояние. Например, можно устранить пробой конденсаторов на участке между корпусом и магнитным излучателем. Такое может произойти во время перепадов напряжения в сети. Для диагностики прибора необходимо отключить прибор от сети и провести проверку с помощью специального тестера.

Если СВЧ-печь долгое время работала без продуктов, ее мощность может значительно снизиться. Для ее восстановления можно добавить напряжение на накал. Однако конструкция некоторых микроволновых печей не позволяет этого сделать.

При возникновении СВЧ-разряда между корпусом микроволновой печи и излучателем, необходима срочная замена колпачка. Новая деталь должна быть абсолютно идентична сгоревшей.

Если восстановить вышедший из строя магнетрон не удалось, то его можно заменить. Перед покупкой нового излучателя необходимо внимательно изучить маркировку и технические характеристики устройства.

Видео: устройство и принцип работы микроволновой печи

Магнетрон устройство и принцип работы

Термин «магнетрон» был предложен Альбертом Халлом, который в 1921 году впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек.

Действующие магнетронные генераторы радиоволн были созданы независимо и почти одновременно в трех странах: в Чехословакии (Жачек, 1924 г.), в СССР (А.А. Слуцкин и Д.С. Штейнберг, 1925 г.), в Японии (Окабе и Яги, 1927 г.).

Французский ученый Морис Понт с сотрудниками из парижской фирмы «КСФ» в 1935 году создали электронную лампу с вольфрамовым катодом, окруженным резонаторными анодными сегментами. Она была предшественницей магнетронов с резонаторными камерами.

Конструкция многорезонаторного магнетрона Алексеева — Малярова, обеспечивающего 300-ваттное излучение на волне 10 сантиметров, созданного в 1936-39 гг., стала известна мировому сообществу благодаря публикации 1940 г. (Alexeev Н. F., Malyarov Д. Е. Getting powerful vibrations of magnetrons in centimeter wavelength range // Magazine of Technical Physics. 1940. Vol. 10. No. 15, P. 1297—1300.)

Своим появлением на свет многорезонаторный магнетрон Алексеева — Малярова обязан радиолокации. Работы по радиолокации были развернуты в СССР почти одновременно с началом радиолокационных работ в Англии и США. По признанию зарубежных авторов, к началу 1934 года СССР продвинулся в этих работах более, чем США и Англия. (Brown, Louis. A Radar History of World War II . Technical and Military Imperatives. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1999. ISBN 0-7503-0659-9.)

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (англ. John Randall ) и Гарри Бут (англ. Harry Boot ) изобрели резонансный магнетрон [1] Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты [2] . Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры [3] , что позволило устанавливать ее на самолетах [4] .

Явление перестройки частоты магнетрона напряжением впервые обнаружили в 1949 американские инженеры Д. Уилбур и Ф. Питерс. Магнетрон, настраиваемый напряжением, или митрон — генераторный прибор магнетронного типа, рабочая частота которого в широком диапазоне изменяется пропорционально анодному напряжению.

Начиная с 1960-х годов магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования.

Характеристики

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.

Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %).

Магнетроны бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в секунду) — ротационные и вибрационные механизмы.

Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Конструкция

Резонансный магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. К анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля, закреплённая в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра.

Резонаторы магнетрона образуют кольцевую колебательную систему, около них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Такая система имеет не одну, а несколько резонансных частот, при которых на кольцевой колебательной системе укладывается целое число стоячих волн от 1 до N/2 (N — число резонаторов). Наиболее выгодным является вид колебаний, при котором число полуволн равно числу резонаторов (так называемый π-вид колебаний). Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающиеся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).

Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Принцип работы

Электроны эмиттируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещённых электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружной поверхности окружности большего диаметра, в конкретном случае — по наружной поверхности катода). При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнетрона) электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находиться непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

Применение

В радарных устройствах волновод подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой энергии. Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чувствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он, в конце концов, появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) в виде радарной карты А1.

В микроволновых печах волновод заканчивается отверстием, прозрачным для радиочастот (непосредственно в камере для готовки). Важно, чтобы во время работы печи в ней находились продукты. Тогда микроволны поглощаются вместо того, чтобы отражаться обратно в волновод, где интенсивность стоячих волн может вызвать искрение. Искрение, продолжающееся достаточно долго, может повредить магнетрон. Если в микроволновой печи готовится небольшое количество пищи, лучше поставить в камеру ещё и стакан воды для поглощения микроволн.

yourmicrowell.ru

Работа магнетрона — коротко

Принцип действия магнетрона основан на влиянии электрического и магнитного полей на траекторию движения электронов. По своей сути, магнетрон является электровакуумным диодом. Другими словами «электронной лампой» с двумя электродами. В основе работы электровакуумных приборов лежит явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия возникает при разогреве поверхности эмиттера (катода), в следствии чего увеличивается количество электронов, способных совершить работу выхода. Для того, что бы выяснить, как электроны ведут себя в электрическом поле, рассмотрим принцип действия обычного электровакуумного диода.

На рисунке выше изображена схема работы электровакуумного диода. На части «А» рисунка, составлена электрическая цепь состоящая из диода, батареи питания «В», и ключа «К». Ключ «К» разомкнут – следовательно, напряжение на аноде отсутствует «Ua = 0». Если нет напряжения, то ток анода тоже будет равен нулю «Ia = 0». На нить накала подано напряжение «Un» следовательно, катод диода разогрет, и самые активные электроны уже готовы покинуть его. Но своей энергии им для этого не хватает, поэтому они все еще находятся возле катода.

Перейдем ко второй части рисунка. На части «Б» данного рисунка все та же схема, но ключ «К» на ней замкнут. Следовательно — на аноде появилось напряжение «Ua = x», поданное с положительного полюса батареи питания «В» через ключ «К». В результате чего, между электродами диода возникло электрическое поле. Под действием силы этого поля электроны начали покидать катод и устремились к аноду. Таким образом, цепь замкнулась и по цепи начал протекать ток анода определенной величины «Ia = y». Из выше изложенного можно сделать вывод, что электрическое поле заставляет электроны двигаться по прямой вдоль, своих силовых линий.

Магнитное поле ни как не действует на не подвижный электрон. Но если электрон, движущийся по прямой траектории под действием электрического поля, попадает в магнитное поле, то последнее влияет на траекторию движения электрона, отклоняя ее вдоль своих силовых линий. Таким образом, электрон двигавшийся по прямой, под действием магнитного поля начинает двигаться по дуге.

Теперь рассмотрим внутренности магнетрона. Отличительной особенностью конструкции магнетрона – является конструкция анода. Анод магнетрона представляет собой толстостенный медный цилиндр с системой резонаторов внутри. В поперечном сечении, вид конструкции анода напоминает колесо телеги со спицами. Каждая «спица» — является резонатором. В центре анода расположен катод с подогревателем. По краям анодного блока находятся два кольцевых магнита, которые образуют магнитную систему, между полюсами которой и располагается анод. Если бы данная магнитная система отсутствовала, то не было бы и магнитного поля и в этом случае, при подаче напряжения накала и анодного напряжения, электроны двигались бы по прямой, от катода — к аноду т. е. вдоль силовых линий электрического поля.

На рисунке сверху изображена очень упрощенная схема работы магнетрона. На ней голубым цветом выделена приблизительная форма траектории движения одного электрона покинувшего катод и стремящегося к аноду. На рисунке видно, что благодаря наличию магнитного поля, траектория движения электрона изменяется таким образом, что покинувший катод электрон достигает анода, далеко не сразу. Из-за такого влияния магнитного поля на движение электрона, в рабочей области образуется своеобразное «электронное облако», которое вращается вокруг катода – внутри анода. Пролетая мимо резонаторов, электроны отдают им часть своей энергии и наводят в них токи высокой частоты которые в свою очередь, создают сильное СВЧ поле в полостях резонаторов. В одну из таких полостей помещена петля связи (на схеме не показана), посредством которой энергия СВЧ поля выводится наружу.

Это очень краткое описание работы магнетрона. Для тех, кто хотел бы познакомиться с принципом его действия поближе, даю ссылки на более подробные описания.

Новости нашего магазина

Магнетрон — «сердце» микроволновой печи

Магнетрон переводится с греческого «магнит» и «электрон». Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны. Со школьного курса физики мы помним, что волна — это сочетание переменных магнитного и электрических полей. Любая пища содержит молекулы воды, а отрицательно и положительно заряженные частицы воды отлично проводят электричество, которое магнетрон преобразует в сверхчастотное электрическое поле, и греет пищу с помощью невидимых человеческому глазу волн.
Кстати, микроволны существуют и в природе — их испускает солнце.
Впервые термин появился почти 100 лет назад благодаря американскому ученому Асафу Холлу, но патент на изобретение магнетрона получил другой ученый только в 1924 году, и в дальнейшем ученые всего мира ломали головы как увеличить частоту колебания для генерации волн. Тут отлично сработали советские ученые, которые предложили использовать в его устройстве медь, что увеличило частоту колебаний вдвое.
С тех пор магнетрон успешно используется в радарах и радиолокационных приборах, и даже был очень полезен во времена Второй мировой войны. Но только через год после Победы магнетрон расплавил шоколад в кармане американского инженера, и именно таким случайным образом этот прибор начали использовать в быту, создав на его основе всем известную микроволновую печь. Правда первая в мире микроволновая печь весила более 300 кг и стоила 3 тысячи долларов.

Устройство магнетрона

Применение магнетрона в быту

Магнетрон распространяет радиацию?

Неисправности магнетронов

Магнетрон — это едва ли не главная деталь микроволновой печи, поэтому неудивительно, что когда он выходит из строя, хочется понять, подлежит запчасть ремонту или замене.
Сразу плохие новости — случаи поломки магнетрона, которые не подлежат ремонту. К ним относится обрыв нити накаливания, короткое замыкание, отсутствие генерации волн и нарушение вакуума.
Но бывают и такие неисправности магнетрона, которые можно устранить, например пробой конденсаторов, который определяется при выключенной внешней сети между магнетроном и корпусом с помощью тестера. Причиной такой поломки могут быть перепады напряжения в сети.
Также из-за того, что микроволновка долго работала «впустую» может заметно снизится мощность печи. В этом случае может помочь способ добавления напряжения на накал, если это позволяет конструкция вашей микроволновой печи.
Бывает, что в печи возникает СВЧ-разряд между антенной магнетрона и корпусом устройства. В такой ситуации нужно срочно заменить колпачок. Но учтите, что деталь должна быть идентичной сгоревшей.

Покупка магнетрона к СВЧ

Устройство микроволновой печи: изучаем конструкцию

Микроволновая печь работает, пользуясь простым фактом: излучение 2,4 ГГц ударно поглощается водой. Пищевой продукт (даже печенье) содержит влагу. Мясо, овощи фрукты процентов на 60-90 образованы живительной влагой. Понятно, пропуская излучение частотой 2,4 ГГц через пищу, можно подогреть содержащуюся воду до приличного уровня. Устройство микроволновой печи позволит сделать. Близкую частоту занял WiFi, пользователи персональных компьютеров не поджариваются: излучение дозировано. Некоторые передатчики требуют получить разрешение перед использованием. Иначе ждите последствий, самым безобидным считаем повышение температуры тела. Страдают репродуктивная функция, иммунная система.

Внутри микроволновой печи

Сердцем микроволновой печи работает магнетрон. Испускает волны, нагревающие продукт. С какой мощность работает прибор. Как большинство электрических экземпляров бытовой техники, потребление мало зависит от того, что происходит с объектом труда. Температура магнетроном не отслеживается. Не так очевидно бросившим первый взгляд. Мощность газовой горелки падает по двум причинам:

Потери кастрюли растут синхронно температуре.
Эффективность нагрева падает с повышением жара.

Мощность отбирается от источника, преобразуется, вручается по месту назначения. Какой бы горячести ни было блюдо, получает фиксированное количество ватт каждый промежуток времени. Микроволновая печь управляется механическим программатором. Новое поколение приборов оснащено инфракрасным датчиком, измеряющим температуру пищи, гибко регулирующим скважность пачек питающих магнетрон импульсов. Условия готовки выдерживаются точно, стабильно, мощность микроволновой печи меняется, определяясь потребностями рецепта. Разумеется, потребление розетки не остается прежним.

Рассмотрим устройство магнетрона. Вакуумная камера изощренной формы, стенки которой образуют резонаторы выбранной длине волны (2,4 ГГц). Начальные колебания образованы пустотой. Вселенная неидеальна, микромир полон флуктуаций, порождающих процессы разной частоты. Благодаря резонаторам рост получают колебания, укладывающиеся в нужную длину волны. Прочие затухают. Чтобы электроны легче покидали катод, элемент накаляется переменным напряжением 6,3 В (примерное значение), подается разность потенциалов в единицы киловольт относительно положительного электрода. Получается демонстрируемая громадная мощность.

Приходилось слышать доводы за существование некоего напряжения: колебания образуются, не достигая анода. Получается якобы вечный двигатель, может греть, давать энергию. Господам теоретикам уместно напомнить: если петлей перестанет отбираться энергия, выходной ток станет нулевым. На анод не упадут электроны, нагрев отсутствует. Следовательно, домыслы хороши, когда требуется найти идеальный режим прибора, экономя энергию. Смысл глубок, идея витающих по спирали электронов, не достигающих анода, смотрится любопытно: отбор энергии Вселенной в произвольной точке пространства.

Принцип работы микроволновой печи целиком эксплуатирует ток розетки, уходящий питать магнетрон, греющий пищу. Волны снимаются петлей, находящейся в резонаторе. Передаются волноводу, создающему условия распространения волны 2,4 ГГц с минимальными потерями. Один открытый торец волновода касается рабочей камеры, прикрыт слюдяной пластиной, второй – закупорен. Штырь петли связи торчит ровно посередине, на расстоянии от ограничительной стенки, избегая мешать волнам отражаться в сторону рабочей камеры. Важный аспект, можно найти положение штырька, когда суммарное излученное поля равно нулю. Энергия сложится в канале противофазно, нагрев пищи отсутствует.

Высокочастотные колебания, образуя интерференционную картину, складываются, учитывая разницу фаз, количественно равна 180 градусов (противофаза) – получается полный нуль. Визуально наблюдаем, правильно сложив излучение двух лазеров (необходимо когерентное излучение). На уроках физики средних школ, ВУЗов часто демонстрируется подобное. Происходит с микроволновой печью. Картина поля изменчива. Внутри волновода излучение боле менее постоянно выходит в рабочую камеру, место дислокации тарелки изменяет процесс суперпозиции. Интерференционная картина определена размерами посуды, типом пищи. Мощность, преподносимая техническими характеристиками микроволновых печей, частично достигает съестного.

Много энергии гасится неправильным сложением фаз, фиксированное число улетучивается через дверцу. Суммарно КПД определяют, выставляя чаши, наполненные водой, греют от одной температуры до другой, пытаясь понять, оценить результат. Практически условия даже близко не стояли с опытом. Нацеливаем внимание читателей: микроволновая печь несовершенное устройство. КПД ниже 100%, вред может выйти немалый, будь экран поломан. Проверка – вопрос отдельный.

Практика показывает: металлическая сетка дверцы пропускает микроволновое излучение сотового телефона. Частота немного иная… Попробуем ноутбук и вайфай.

Выключите прибор, вилку из сети повремените вынимать.
Положите внутрь ноутбук с работающей сетью.
Закройте дверцу.
Наблюдайте уровень сигнала.

Ловит? Защита недостаточно эффективна. Держитесь от работающей микроволновой печи на почтительном расстоянии. Корпус прибора заземлен штатно, согласно общепринятым нормам. Полагаем, читатели потрудились выполнить предписания:

Параметры микроволновых печей оценивали в лаборатории.
Поле измерялось при работающем, загруженном приборе.
Уровень не должен превышать норм.

Проблема проста: вопрос излучений, дозировки плохо изучен, измерениям доверять можно с натяжкой. Люди, работающие на предприятиях с излучениями, получают надбавку за вредность. Вопрос щекотливый, прибор пришел из США. Купите лучше мультиварку…

Микроволновая печь хороша разогреть быстро. Детские бутылочки с молоком ставят в камеру. Не стали бы использовать принцип действия микроволновой печи в этих целях. Решайте сами, как поступить. В Швейцарии провели опыты, обосновывающие нашу точку зрения. Противоположная поддерживается рекламой, силой лобби промышленников, недостаточной изученностью вопроса.

Работа микроволновой печи

Много хорошего узнали о микроволновых печах, интересно знать, как работают агрегаты. Внутри обычный сетевой фильтр, с которого в конечном итоге питается трансформатор. Выходных обмоток две. Одна достаточно символическая, представлена парой витков изолированного провода. Отсюда получается 6 вольт питания накала катода магнетрона микроволновой печи. Прочие обмотки намотаны проводом с лаковой изоляцией, выглядят повнушительнее. Напряжение вторичной части составляет 1-2 кВ. Затем следует выпрямитель, сформированный высоковольтным диодом, впечатляющего размера конденсатором. Диод заперт, идет процесс заряда, на другой полуволне катод окажется под удвоенным напряжением. Потенциал составит 2-4 кВ.

Импульсы питают магнетрон, выдающий энергию рабочей камере. Работа контролируется механическим программатором. Аналогичный, посложнее, стоит в стиральных машинах. Устройство микроволновой печи не требует сложных операций. Внутри набор кулачков, задающих режим работы гриля, факт включения магнетрона, мощность микроволн регулируется периодами работы/бездействия. Внутри стоит таймер, включаемый-выключаемый трансформатором. Процесс сопровождается обычным замыканием-размыканием цепи. Чтобы исключить искру, цепь дополняют реле, которое в начальный период времени не пускает ток на трансформатор, ждет, пока поднимется напряжение управляющего затвора. Элемент забирает удар, от качественного исполнения зависит многое.

В результате трансформатор включается в цепь, выключается. Синхронно функционирует магнетрон. Вот как работает микроволновая печь. Современные модели в режиме измерения температуры используют инверторную схему, трансформатор питается формируемыми импульсами с нужными параметрами. Датчик отключается, прибор возвращается в исходное состояние.

В рассказе о том, как устроена микроволновая печь, нельзя умолчать об обилии внутренних микропереключателей, которые контролируют, закрыта ли дверца. От пустого включения (без пищи) защиты нет! Микроволновая печь требует контроля.

Это интересно! Высоковольтные линии порождают ионизацию воздуха. Обычно атмосфера заполняется избытком положительных частиц, вредных для здоровья. Главными врагами были кинескопы. Сегодняшние плазменные, жидкокристаллические дисплеи ведут себя поскромнее.

Устройство магнетрона микроволновой печи: принцип работы

Легко управлять микроволновкой сегодня может даже ребенок. Она стала привычной и надежной помощницей. И при этом очень редко задумываемся, каким образом пища разогревается за считаные минуты. А происходит это, благодаря микроволнам, которые производит магнетрон. Разберемся, каким образом прибор работает.

Содержание статьи

Что такое магнетрон в СВЧ

Магнетрон — это главная деталь микроволновой печи . Его неслучайно называют сердцем агрегата. СВЧ исправно выполняет свои функции только при исправном магнетроне.Основная задача детали — создание электромагнитных полей. Возможность руководить их возникновением была установлена почти 100 лет назад.

Справка. В 1921 году физик из США А.Халл в процессе проводимых опытов и экспериментов обнаружил возможность изменять массу электронов.

Он же ввел в употребление само название магнетрона. Но высокочастотные электромагнитные волны были открыты тремя годами позже, в 1924 г. С этого времени ученые не только изучили СВЧ, но и научились их использовать.

Справка . В микроволновых печах данные генераторы волн используются с 60-х годов XX века.

Как устроен магнетрон в СВЧ

Устройство детали требует минимальных знаний по физике. Поток электронов возникает в пространстве между анодом и катодом.

Анод

В микроволновке для анода используют медь. Из нее выполнена оболочка цилиндра. Внутри он полый. Стенка цилиндра толстая, ее внутренняя поверхность неровная. В разрезе анод выглядит как окружность, по всей длине которой расположены небольшие полукольца.

Они необходимы для создания дополнительного резонанса. Воздуха внутри анода нет, там создано вакуумное пространство. Чтобы создаваемые СВЧ волны не оставались внутри, в одном из полуколец-резонаторов имеется специальный выход.

Катод

Через центр анода проложен катод. Для него воспользовались нитью накаливания. Для ее подогрева предусмотрены провода. Они соединяют катод с источником подогрева.

Важно! Анод и катод размещают в специальном блоке, который содержит магниты.

Принцип работы магнетрона

Итак, теперь мы знаем, что в главной детали СВЧ взаимодействуют 2 разных поля .

Первое из них — электронное . При включении прибора и подаче напряжения у катода появляются электроны, которые движутся к положительному полюсу — к аноду.
Второе поле — магнитное . Оно воздействует на частицы и возвращает их назад, к катоду.

После того как электроны образуют кольцо, внутри магнетрона возникает заряд. Причем количество зарядов увеличивается, так как в каждом полукольце-резонаторе образуются дополнительные электронные кольца. Это становится причиной возникновения высокочастотных колебаний. Таким образом, волновое поле сверхвысоких частот появляется в результате взаимодействия электронного и магнитного полей. Возникающие при этом микроволны и выполняют обработку продуктов.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Устройство и принцип действия микроволновки

Микроволновка работает практически в каждой современной квартире. Этот удобный бытовой прибор умеет подогревать, размораживать, запекать. Некоторые модели способны поджаривать на гриле и выполнять сложные программы для изготовления внутри готовых блюд. Принцип действия микроволновки не поменялся с момента ее изобретения. Но благодаря достижениям технического прогресса выросла безопасность оборудования, а электрическая схема способна осуществлять комплексное управление и точный контроль параметров работы.

Общий принцип действия микроволновой печи

Физика процесса нагрева содержимого микроволновки достаточно проста. СВЧ излучение воздействует на молекулы продуктов, и благодаря их взаимному трению выделяется тепло. Но это слишком простое объяснение.

На самом деле, колебаниям подвергаются только молекулы воды. Но если поставить в микроволновку идеально чистый стакан с дистиллированной жидкостью, то ее температура при стандартном времени работы печи изменится достаточно мало. Так почему же нагреваются продукты? Это происходит благодаря трению молекул на границе сред, то есть, разных веществ. А так как строение любого материала, будь то съедобный продукт или кусок дерева, велико и обязательно имеет в структуре воду, возникают разноамплитудные колебания.

Важно! Частота микроволновой печи рассчитана так, чтобы оказывать максимальное воздействие на молекулы жидкости. Именно они своим интенсивным колебанием и трением об соседей способствуют выделению большого количества тепла. Материалы сухие и чистые по химическому составу нагреваются очень медленно, но таких в природе мало.

В микроволновку нельзя класть металлы. При воздействии на них СВЧ излучения образуются поверхностные токи и происходят искровые, дуговые пробои на стенки внутреннего отделения печи. Однако технический прогресс нашел выход. Сегодня множество компаний, например, Daewoo, выпускают микроволновки, в которые можно ставить металлические предметы. Также во многих моделях разрешено использование замкнутых контуров, в частности, тарелок с тиснением фольгой по краю или декоративных блюд с металлическим бортом.

Какие элементы есть в конструкции микроволновки

Устройство микроволновой печи только на первый взгляд кажется сложным. Владельца этого прибора вводит в заблуждение количество кнопочек, индикаторов, средств программирования. На самом деле, любая печь, с механическим управлением, сенсорной панелью, пультом, гибридным электронным контролем, состоит из одинаковых функциональных блоков:

блок генерации СВЧ излучения, магнетрон и волноводы;
система преобразования напряжения, главный модуль — повышающий высоковольтный трансформатор;
средства контроля в составе группы датчиков;
система вторичной защиты;
управляющая схема микроволновки.

Важно! В зависимости от сложности модели печи, в нее могут включаться самые разные опции. Например, гриль, вторичные рассеиватели волн, дополнительные узлы СВЧ генерации.

Стоит рассмотреть работу каждого блока отдельно, в порядке их задействования в стандартной схеме использования микроволновки.

Управляющая схема

Главная электросхема микроволновки, с которой имеет дело пользователь — это блок управления. В нем при помощи кнопок, механических переключателей, регуляторов задаются граничные параметры. То есть рабочая мощность или режим, время исполнения программы и так далее.

Схема управления может быть как угодно сложной. Самый простой вариант представляет собой круговые регуляторы, один из которых — реле таймера. С их помощью устанавливается мощность режима и время работы. Еще один знакомый пользователям вариант — гибридный, с кнопками. По сути, его функционал ненамного шире механической регулировки.

Сенсорная панель, в большинстве случаев, ничем по принципу действия не отличается от кнопок. Она просто более надежна и не требует обслуживания. Продвинутые схемы электронного управления включают программирование, то есть переключение по заданному алгоритму мощности излучения и времени ее выдачи.

Система преобразования напряжения

Микроволновка состоит из группы узлов, которые очень опасны для человека. Главный из них — повышающий трансформатор. Когда схема управления дает команду на включение режима, он выдает до 4 КВ напряжения. При этом рабочий ток может достигать 10А и выше. Такие параметры работы электросети представляют огромную опасность для человека.

Важно! Повышающий трансформатор — ключевой и самый дорогой узел системы преобразования напряжения. Он питает магнетрон, элемент, без которого невозможно реализовать основной принцип работы микроволновой печи.

Блок генерации СВЧ излучения

Магнетрон — это сердце микроволновки. По сути, это обычная вакуумная лампа, похожая на те, которые использовались в кинескопах старых телевизоров. Только магнетрон генерирует интенсивную электромагнитную волну высокой частоты, образуемой при прохождении электронов через магнитное поле.

Блок генерации излучения состоит не из одного СВЧ источника. Для, так сказать, подачи волн в рабочую зону печи устанавливаются волноводы. Именно они находятся за слюдяной пластиной, которую каждый видел на боковой стенке микроволновки, когда ставил в нее тарелку с завтраком.

Системы основной и вторичной защиты

Роль контрольных датчиков вполне понятна. Они следят, чтобы ни один из ключевых элементов электронной и аппаратной части не вышел в критический режим работы. Датчики гарантируют безаварийное функционирование прибора и предотвращают опасные сбои. Но у микроволновки есть системы защиты, разработанные для человека. Ниже будут подробно описаны их функции.

Итак, система управления инициализирует пуск магнетрона. Она же задает параметры работы, отсчитывает временные интервалы, меняет мощность и так далее. Есть и обратная связь между системами безопасности и управления. По сигналам первых может быть полностью остановлена работа печи, изменен режим, выдано служебное сообщение или звуковые оповещения.

Схемы распределения СВЧ волн

Сначала стоит остановиться на работе блока генерации СВЧ. Строение магнетрона представляет собой излучающий элемент и обмотку, генерирующую магнитное поле. Эта лампа, грубо говоря, постоянно изнашивается. Все сталкивались с ситуацией, когда с ходом эксплуатации микроволновка разогревает все слабее и слабее. Это нормальное явление, каждая модель рано или поздно требует замены магнетрона.

В печах разных производителей (или уровня сложности) может использоваться отличные друг от друга схемы распределения СВЧ волн. В стандартном варианте решения, который применяет компания LG и множество других производителей, от магнетрона в область продуктов идет только один волновод. Он закрыт слюдяной пластиной, чтобы предотвратить попадание мусора и пара.

Важно! В моделях с одним волноводом, который излучает достаточно локализованный поток волн, используется отражатель на противоположной стороне отсека продуктов. Это вогнутая зона стенки. Она помогает более равномерно распределить СВЧ излучение по рабочему объему.

В некоторых микроволновках компании Samsung используется другой принцип: устанавливается основной волновод и несколько щелевых антенн. Это позволяет равномерно распределять поток энергии, формировать так называемое 3D излучение. Кроме этого, печь, варьируя мощность магнетрона, добивается плавного нагрева продуктов по всему объему.

Но самое главное в генерации волн СВЧ — их параметры. Частота излучения магнетрона в микроволновке составляет 2.45 ГГц — именно это значение является резонансным для молекул воды, заставляя их колебаться с большой амплитудой. Происходит нагрев продукта. Тепло от поверхностных слоев постепенно распространяется по всему объему продукта.

Есть некоторые решения, позволяющие ускорить разогрев пищи в рабочей области печи. Это так называемые диссекторы. По внешнему виду такой конструкционный элемент похож на вентилятор на потолке камеры микроволновки. Однако он делает другую работу, а именно рассеивает СВЧ волны.

Другие функциональные элементы печи имеют вполне понятное назначение. Например, микроволновка с грилем действует на пищу не только СВЧ, но и инфракрасным излучением. Она позволяет добиться на продуктах красивой запеченной корочки. Отдельные модели печей могут оснащаться дополнительными вентиляторами для отвода тепла.

Как работает система защиты

Также стоит подробно осветить функционирование систем безопасности. Они делятся на две значимые группы.

Контроль параметров аппаратной части. Это датчик температуры магнетрона, предохранители, охлаждающие вентиляторы. Они решают задачу блокировки потенциально аварийных ситуаций и поддержания нормированных показателей работы электроники
Защита человека от поражения электротоком и СВЧ излучением.

С системами защиты от электротока сталкивался каждый, кто хоть раз разбирал корпус своей микроволновки. В ключевых точках монтажа размещены микровыключатели. Сняв крышку, печку уже нельзя включить. Этого просто не позволит система защиты.

Но более интересна схема нейтрализации СВЧ волн. Стоит понимать, что излучение даже теоретически не может быть локализовано внутри камеры печи. Волны отражаются, в том числе от продуктов. Поэтому на передней дверке устанавливается стекло с нанесенной на него тонкой металлической решеткой. Это антенный модуль. Он подключен к разряднику, который отдает накопленную энергию бросками в основные электросети прибора.

Важно! Микроволновка генерирует помехи проводки. В некоторых домах это можно зафиксировать по работе других приборов (в частности, Wi-Fi роутеров), особенно, если эксплуатируется откровенно дешевая печь с плохим шумоподавителем.

Электрическая схема СВЧ

На основании изложенного выше нетрудно понять, как микроволновая печь устроена, просто рассматривая ее снаружи, заглядывая в камеру и в тыл. Но если захочется что-то починить, полезно в общих чертах понимать, как узлы взаимодействуют между собой. В этом поможет принципиальная схема микроволновой печи. Ее строение только на первый взгляд кажется сложным. Однако любая схема состоит из базовых блоков. В качестве примера стоит посмотреть на устройство модели с механическим аналоговым управлением.

Из схемы ясно видно, как преобразуется энергия и работают системы безопасности. Одним из самых первых контуров всегда выступает шумоподавитель (NOISE FILTER). Именно он гасит колебания, которые формирует разрядник энергии в дверке, защита человека от высокочастотного излучения.

Затем идет система основной безопасности. Это блок контактов в дверке, один отслеживает прилегание к корпусу, второй положение защелки, третий позицию ручки. При незамкнутом состоянии любого из них печь не будет работать.

Третий функциональный блок — приводы и подсветка. Здесь все просто. На двигатель, который крутит тарелку, на вентилятор и лампу, подается постоянное напряжение. Таймер размыкает цепь при окончании установленного временного интервала.

Последний рабочий контур — повышающий трансформатор, датчик контроля температуры магнетрона, его система защиты от пробоя и плавкий предохранитель. И заканчивается схема всегда одинаково. Главным рабочим органом печи, магнетроном.

В качестве заключения

Несмотря на то, что микроволновка может показаться крайне сложным и даже опасным устройством, ее рекомендуется регулярно обслуживать. Это безопасно и просто. Вскрывать корпус, чтобы удалить пыль с аппаратной части, не стоит. Достаточно держать в чистоте поверхность стенок отсека для продуктов, стекло дверки. Периодически аккуратно снимать и протирать слюдяную пластину, закрывающую волновод. И тогда микроволновка будет сохранять стабильные параметры весь срок, заявленный производителем.

Магнетрон, Часть 1: Применение и принципы работы

Магнетрон с вакуумной трубкой почти устарел (за исключением миллионных потребительских микроволновых печей. Его разработка была ключом к созданию высокоэффективного радара времен Второй мировой войны, а также привела к появлению других радиолокационных и радиочастотных устройств). микроволновые ламповые приборы.

Электронные лампы такие «вчерашние», не так ли? Они были устаревшими и заменены твердотельными устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики.Точно так же почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всевозможных дисплеях, была заменена устройствами с плоским экраном

Конечно, ЭЛТ больше нет, но есть еще одна электронная лампа, которая выживает благодаря широкому использованию в конкретном приложении — хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как так? Если у вас есть микроволновая печь на кухне, у вас дома есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, по мнению многих экспертов и историков, это скромное, непритязательное действующее устройство также изменило ход Второй мировой войны.

Q: Что такое магнетрон?

A: Магнетрон — это специализированная электронная лампа, которая выполняет одно действие: это источник генератора мощности для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов он может производить от десятков и сотен ватт до киловатт.

Q: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?

A: Есть как минимум три причины: он все еще широко используется, и каждый год производятся миллионы; большие используются для радиолокационных и радиовещательных операций; и он научил ученых и инженеров электронным устройствам, которые используют электромагнитные принципы и комбинируют электрические и магнитные радиочастотные поля и многое другое, что приводит к появлению важных радиочастотных / микроволновых устройств, таких как лампа бегущей волны (ЛБВ).

Q: Каков физический принцип и основная конструкция магнетрона?

A: В отличие от генератора, построенного вокруг резонансного контура, состоящего из дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в ограниченной металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он очень не похож на обычную вакуумную трубку, в которой используются электроны, испускаемые нагретым катодом и движущиеся по прямой к положительно заряженному аноду, причем их путь перемещения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.

В обычной вакуумной лампе нет магнитного аспекта. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», которое использует электрическое поле в сочетании с магнитным полем, при этом силовые линии поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание «магнитного» и «электронного»)

Q: Как работает магнетрон?

A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнологичного анализа с использованием продвинутой теории электромагнитного поля и математики.Мы будем использовать более качественный подход.

Q: Каково физическое устройство магнетрона?

Рис. 1. Магнетрон с вакуумной трубкой использует резонансные полости на аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным статическим магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Hyperphysics / Georgia State University)

A: В основном, первом магнетроне — и, конечно, существует множество вариаций — использовался сплошной медный блок (для рассеивания тепла), просверленный с отверстиями (называемыми полостями) (Рисунок 1) .Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и устройство радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась в попытке эффективно генерировать короткие волны и высокие частоты, необходимые для ВЧ / СВЧ-схем (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). .

Q: Как это устройство работает при подаче напряжения?

A: Катод в центре (который нагревается нитью накала) испускает электроны так же, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается.Эти электроны обычно притягиваются и движутся как радиальные спицы к внешнему кольцу как к аноду, который заряжен положительно (как пластина трубки). Однако имеется мощное статическое магнитное поле (синие линии), направленное вдоль оси сердечника магнетрона. Это поле заставляет электроны двигаться по круговой схеме потока к внешнему кольцу (красные линии). Магнитное поле изначально создавалось электромагнитами, но, поскольку годы спустя были разработаны более мощные постоянные магниты, они стали использоваться вместо них.

Q: Кажется, что все, что было сделано, — это сдвинуть статический электрический поток, а колебания отсутствуют — так как же магнетрон производит колебания?

A: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «кружатся» по кругу. При этом они «качают» на собственной резонансной частоте резонаторов. Результирующий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.

В: Это все? Как можно использовать эту резонансную энергию?

A: С точки зрения физики, работа выполняется с электронами, и они поглощают энергию от приложенного к аноду источника питания.Электроны продолжают движение и достигают уровня энергии, на котором имеется избыточный отрицательный заряд, и этот заряд выталкивается обратно вокруг полости. Это, в свою очередь, передает энергию колебаниям на собственной частоте резонатора (накачка). Полость аналогична резонансному ЖК-резервуару: положительно заряженное поле находится вдоль одного края открытой стороны полости, а отрицательно заряженное поле выровнено вдоль другого края, поэтому отделенная строка функционирует как конденсатор с вакуумом. зазор для интервала.

Q: Как энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?

A: Коаксиальная муфта с датчиком точного размера вставляется сбоку в одну полость для захвата энергии от блока, Рис. 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.

Рис. 2: Зонд с согласованной частотой вставляется в отверстие в одной из полостей для перехвата и извлечения колеблющейся высокочастотной энергии в магнетроне.(Изображение: EU Radar Tutorial)

Q: Что устанавливает частоту колебаний магнетрона?

A: Размер и расположение полостей определяют частоту, поскольку они действуют как резонансные камеры. Магнетроны обычно имеют небольшой регулировочный винт для изменения размера полости, поэтому физические размеры можно регулировать для резонанса с точной желаемой частотой, несмотря на неизбежные производственные допуски. Обратите внимание, что магнетрон — это устройство с фиксированной частотой и его нельзя перестраивать, хотя есть несколько продвинутых и более сложных версий, которые имеют скромный диапазон настройки.

Часть 2 этого FAQ посвящена истории и роли магнетрона, а также его будущему и возможной кончине.

EE World Online Справочные материалы

Список литературы

Wikipedia, «Cavity Magnetron» (содержит ссылки на многие исторические источники)
Объясните этот материал, «Как работают магнетроны»
Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Магнетрон»
Государственный университет Джорджии, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
Микроволны101, «Магнетроны»
Вики по истории инженерии и технологии, «Полостной магнетрон»
Музей клапанов, «CV64»
Лампы и трубки, «CV64 Ранний британский магнетрон с резонаторами S-диапазона»
Radar Tutorial EU, «Magnetron»
Амплеон Н.В., «РФ твердотельная кулинария»
ARMMS RF and Microwave Society, «Краткое изложение развития магнетронов»

С магнетроном вблизи и лично

Сегодня большинство людей знакомо с магнетроном как источником микроволн в бытовых микроволновых печах. Микроволновое излучение передается в секцию печи по волноводу.

Типичная схема микроволновой печи. Щелкните изображение, чтобы увеличить.

Микроволновые печи также являются излюбленной мишенью мусорщиков и экспериментаторов, которые любят разбирать вещи.Магнетрон — это один из часто очищаемых компонентов. Вы можете найти обычные магнетроны для духовки на eBay по цене от 15 до 50 долларов. Также там вы найдете высоковольтные трансформаторы, необходимые для питания магнетрона. Это компоненты специального назначения, которые обычно выдают несколько киловольт для анода магнетрона и около 5 В для нити накала магнетрона. Интересно, что эти трансформаторы, похоже, находятся в том же ценовом диапазоне eBay, что и магнетроны, которые они питают.

В Интернете можно найти планы для микроволновой печи «Сделай сам».К сожалению, на этих страницах редко приводятся предупреждения об обратной стороне воздействия микроволн и потенциально опасных компонентов контура духовки. Во-первых, хрусталик человеческого глаза не имеет кровообращения и склонен к перегреву под воздействием микроволнового излучения. Такое воздействие может вызвать у человека катаракту спустя годы. Также, конечно, необходимо учитывать многокиловольтное напряжение, необходимое для работы магнетрона. И цепь магнетрона содержит мощный силовой конденсатор, запасенная энергия которого может быть смертельной.Существует распределенная емкость, сохраняющая энергию, о которой следует беспокоиться после выключения устройства.

Типовые соединения высоковольтной части цепи магнетрона.

Есть и другие предостережения. Керамические изоляторы, связанные с магнетроном, опасны при повреждении, поскольку они содержат оксид бериллия. Вдыхаемая пыль оксида бериллия, канцероген, может вызвать неизлечимое заболевание легких, известное как бериллиоз. Нити магнетрона содержат радиоактивный торий в смеси с вольфрамом.Не снимайте нить и не оставляйте ее без присмотра.

Магнетрон с резонатором генерирует микроволновое излучение, проталкивая поток электронов мимо массива полостей, состоящих из просверленных отверстий в медном корпусе. Эти носители заряда заставляют микроволны колебаться внутри тела, а затем попадают в волновод, где без потерь передаются в корпус печи. Физические размеры резонатора определяют частоту выходного микроволнового излучения. Магнетрон, в отличие от аналогичных катодных и анодных устройств на электронных лампах, не может усилить сигнал.Это всего лишь осциллятор.

Магнетрон подключен к выходу высоковольтного источника постоянного тока. Нагретый катод излучает электроны, которые, как в стеклянной вакуумной трубке, текут к аноду, который представляет собой весь медный корпус магнетрона. В ранних моделях внешний электромагнит с питанием от постоянного тока создавал статическое магнитное поле, перпендикулярное потоку электронов. Современные магнетроны используют постоянные магниты, среди предметов, которые часто выбрасываются. В любом случае магнитный поток и поток электронов перпендикулярны друг другу.

Резонатор магнетрона, используемый для генерации микроволнового излучения.

Под влиянием магнитного поля на поток электронов действует сила, перпендикулярная его криволинейному пути между электродами. Кривизну можно изменить, изменяя либо магнитное поле, либо электрический потенциал между катодом и анодом. При наличии сильного магнитного поля поток электронов отсутствует. При средней напряженности магнитного поля электроны могут ударяться об анод.

На этом критическом магнитном уровне магнетрон генерирует радиочастотную энергию.Это связано с тем, что часть электронов, не достигнув анода, принимает круговой путь, не доходя до анода. Эти электроны излучают RF. Частота зависит от физического размера сборки, поэтому ранние исследователи легко могли создавать микроволновые генераторы. Только магнетроны, в отличие от обычных электронных ламп, могли излучать высокую мощность в микроволновом диапазоне радиочастотного спектра. Однако это устройство сначала имело ограниченное применение из-за его нестабильности и низкой выходной мощности.

Настоящая полость в очищенном магнетроне. Кто-то добрался до постоянного магнита, который обычно находится наверху этой полости.

Эти ограничения были преодолены за счет введения магнетрона с отрицательным сопротивлением или с разъемным анодом. Эта модель состояла из анода, состоящего из двух частей. Пространство между двумя полуцилиндрами изолировало их электрически, так что к каждому можно было приложить отдельные смещения. Два полуцилиндра можно было заряжать одинаковым напряжением, и в этом случае магнетрон работал так же, как и более ранние модели.Приложение немного разных напряжений к двум анодам заставляло электроны притягиваться и течь к более положительно заряженной пластине. К двум пластинам был подключен внешний генератор. Когда было приложено сильное магнитное поле, электроны следовали по петлеобразной, а не по круговой траектории к анодам, и общая выходная мощность была больше, чем в одноанодном магнетроне. Однако недостатком является то, что часть электронов возвращается на катод, который затем перегревается и высвобождает еще больше электронов, вызывая лавинообразное состояние.

Магнетрон с резонансным резонатором, также известный как магнетрон с электронным резонансом, обеспечивает мощный высокочастотный выходной сигнал и не вызывает проблемы перегрева, как в модели с разъемным анодом. Колебания создаются формой анода.

Магнетрон с резонансным резонатором состоит из одного сплошного блока, просверленного через геометрическую ось. Весь металлический блок — это анод. Обычно имеется девять (предпочтительно нечетное число) просверленных отверстий меньшего размера, равномерно расположенных вокруг центрального отверстия и каждое из которых соединено с ним посредством узкой прорези.В центральном отверстии проходят подводящие провода к нагревателю и катоду, покрытому оксидом. Через одно из маленьких отверстий проходит выходной контур связи, который позволяет извлекать высокочастотную энергию и направлять ее в волновод.

Сборка аналогична LC-генератору. Конденсаторы состоят из параллельных сторон соединительных пазов, а индукторы — из круглых отверстий. Выходная частота зависит от размеров этих элементов.

В резонирующих полостях генерируется большое количество высокочастотной энергии.Поскольку полости открыты с одного конца, они синхронизируются и работают как единый генератор. При включении колебания требуют немного изменяющегося времени, поэтому фаза не сохраняется. Более того, от импульса к импульсу частота может незначительно изменяться. Но это не проблема для РЛС непрерывного действия и, конечно, не для микроволновых печей.

В современных магнетронах с резонатором нагретый катод находится в центре большого центрального отверстия, из которого удаляется воздух. Постоянный магнит создает магнитное поле, перпендикулярное электрическому полю и потоку электронов.

Электроны, движущиеся от катода к аноду, под действием магнитного поля вынуждены следовать круговой траектории, которая в сочетании с прямым путем к аноду фактически представляет собой спираль из-за силы Лоренца, силы, действующей на заряженную частицу. движется через электрическое и магнитное поле. Когда электроны пересекают щели, связанные с отдельными резонансными полостями, в каждой полости формируется высокочастотное радиополе, часть которого выводится антенной и подается в волновод, а затем в нагрузку, либо в кухонную камеру, либо в сборка радара.Частота излучаемых микроволн определяется размером резонансных полостей в сочетании с размером щелей.

Современный магнетрон достаточно эффективен. Примерно 65% электроэнергии от источника питания становится микроволновым излучением. Баланс мощности рассеивается в виде тепла. Важно активное охлаждение. Это обеспечивается вентилятором, который вы слышите, когда работает микроволновая печь. Более мощные магнетроны, используемые в некоторых радиолокационных системах, имеют водяное охлаждение.

Магнетроны S-диапазона регулярно вырабатывают до 2,5 МВт пиковой микроволновой энергии и непрерывно обеспечивают мощность более 3,75 кВт. Эти мощные магнетроны надежны и эффективны по сравнению с другими микроволновыми генераторами, но они не обеспечивают точного контроля фазы и частоты.

Тем не менее, дни очищения магнетронов микроволновых печей подходят к концу. Появление мощных транзисторов, способных работать с микроволновыми частотами, может сделать их устаревшими. Первоначально твердотельное усиление мощности имеет более высокую стоимость, что указывает на то, что оно может раньше преобладать в крупных коммерческих, а не в жилых помещениях.

Что такое магнетрон? (с иллюстрациями)

Магнетрон — это устройство, которое использует взаимодействие потока электронов, направляемого магнитным полем, с полостями внутри блока меди для получения микроволнового излучения. Частотный диапазон излучения зависит от размера полостей. Эти устройства используются в радарах и микроволновых печах, где излучение заставляет молекулы в пище, особенно молекулы воды, вибрировать, что приводит к быстрому повышению температуры, достаточному для приготовления пищи.

Как это работает

Магнетрон состоит из короткого медного цилиндра с множеством полостей, которые открываются в центральную вакуумную камеру, содержащую металлический катод.Постоянный магнит создает магнитное поле, идущее параллельно оси цилиндра. Катод нагревается постоянным током высокого напряжения, заставляя его производить электроны, которые устремляются к стенке цилиндра под прямым углом к магнитному полю. Электроны отклоняются полем по изогнутым траекториям, заставляя их создавать круговые токи внутри полостей. Эти токи создают микроволновое излучение на частотах, которые зависят от размера полостей.

Затем микроволны должны быть направлены туда, где они необходимы.Это достигается за счет металлической конструкции, известной как волновод, по которой распространяются волны. Обычно он выходит за пределы основного корпуса из одной из полостей, улавливая микроволны и направляя их по своей длине. В случае магнетрона, используемого для радара, волновод подключается к антенне, которая передает волны. В микроволновой печи он направляет волны в камеру духовки, чтобы их можно было использовать для приготовления пищи.

использует

Магнетроны используются для генерации микроволн для радаров, поскольку они могут достигать требуемой выходной мощности.Недостатком простого магнетрона является то, что, хотя диапазон производимых частот определяется размером полостей, в этом диапазоне есть отклонения из-за флуктуаций тока и изменений температуры. Хотя это не проблема, когда производимая энергия используется для обогрева, это влияет на точность радиолокационных изображений. Этого можно избежать, используя регулируемые проводящие материалы, которые можно вставлять в полости для настройки излучения по мере необходимости.

Наиболее часто магнетроны используются в микроволновых печах.Они направляют волны в небольшую камеру для приготовления пищи, где пищу можно приготовить очень быстро. Некоторые молекулы в пище полярны, что означает, что они имеют положительный заряд с одной стороны и отрицательный — с другой. Эти молекулы при бомбардировке электромагнитным излучением в микроволновом диапазоне выравниваются по переменным электрическим и магнитным полям, создаваемым волнами, заставляя их быстро вибрировать, что приводит к быстрому нагреву. Одна из таких молекул — вода, которая в значительных количествах присутствует в большинстве пищевых продуктов.

История

В 1920-х годах Альберт Халл, сотрудник известной электрической компании, исследовал вакуумные лампы, когда создал магнетрон.Однако Халл не мог придумать, как использовать свое изобретение, и какое-то время оно оставалось в основном неиспользованным. В конце 1930-х — начале 1940-х годов два инженера по имени Гарри Бут и Джон Рэндалл решили продолжить изучение устройства. Ранние версии состояли из катода и анодов внутри стеклянной трубки, но Бут и Рэндалл вместо этого использовали медь, хороший электрический проводник, для создания корпуса с полостями, которые также действовали как анод. В результате получилось устройство, которое было намного более мощным и производило выходную мощность 400 Вт на площади менее четырех дюймов (10 см).

Когда Бут и Рэндалл разработали более сильные магнетронные трубки, они обнаружили, что они идеально подходят для радаров. Во время Второй мировой войны их начали использовать подводные лодки США, что позволило радарному оборудованию быстрее обнаруживать вражеские корабли.В конце 1940-х годов доктор Перси Спенсер, американский инженер и изобретатель, дополнительно проверил мощность магнетронных трубок в своей лаборатории. Он отметил, что шоколадный батончик в его кармане полностью расплавился, пока он работал с лампами. Он решил разместить несколько зерен попкорна рядом с оборудованием, чтобы посмотреть, что произойдет, и заметил, что от этого ядра лопаются.

Доктор.Спенсер позвал своего помощника, и двое мужчин решили положить рядом с устройством целое яйцо. Когда яйцо взорвалось, доктор Спенсер понял, что открыл увлекательную форму приготовления пищи. Спенсер помог создать первую в мире микроволновую печь в 1947 году. Первоначальная модель весила более 700 фунтов (318 кг), была более пяти футов (1,5 метра) в высоту и стоила более 5000 долларов США.

Парень разбирает микроволновую печь, чтобы создать микроволновую пушку, а затем взрывает ею всякие штуки

Нельзя отрицать, что Россия стала одним из основных источников захватывающего контента в Интернете; смелость, автокатастрофы, забавные обстоятельства и, конечно же, электроника своими руками.Видео ниже является ярким примером, объединяющим две из перечисленных выше категорий: смелость и электроника. Он состоит из эксперимента, проведенного парой ученых на заднем дворе, которые разобрали микроволновую печь, чтобы использовать ее магнетрон полости, компонент, который генерирует микроволны, для создания микроволновой пушки.

* Пожалуйста, не пробуйте дома . 4200 вольт, вырабатываемое источником питания микроволновой печи, могут обеспечивать более 1500 ватт нефильтрованного постоянного тока и очень опасны.Он может убить вас мгновенно.

Пушка, похоже, была собрана из палки, банки из-под кофе и, конечно же, магнетрона резонатора с подключенным к нему источником питания. Пара, казалось, подключила источник питания к концу метлы, чтобы держать устройство как можно дальше от их тел, чтобы избежать контакта с исходным напряжением.

Конечные результаты эксперимента одинаково увлекательны и смертоносны. Направление источника питания на множество лампочек заставляло их самопроизвольно загораться, оставаясь включенными до тех пор, пока электрический разряд оставался в контакте.Однако при наведении выстрела на стрелу она мгновенно взорвалась.

Микроволны опасны
Ни при каких обстоятельствах этот чистый объем радиации не должен контактировать с человеком, иначе он вызовет ущерб, а именно рак, ослабленную иммунную систему, врожденные дефекты, катаракту и смерть. Но самым опасным аспектом микроволновой печи на сегодняшний день является ее источник питания. 4200 вольт, вырабатываемое источником питания микроволновой печи, может обеспечить более 1500 ватт нефильтрованного постоянного тока, что может привести к немедленной смерти при контакте с человеческим телом.

Как это работает?
Резонаторные магнетроны — это мощные вакуумные лампы, которые излучают микроволны в результате взаимодействия электронов с магнитными полями, когда электроны проходят через серию открытых металлических полостей, расположенных внутри устройства. Электроны, проходящие через полости, возбуждают колебания радиоволн в полости почти так же, как при ощипывании гитарной струны возбуждаются звуковые волны в ее звуковом отверстии. Резонирующие полости испускают микроволновое излучение, которое затем собирается и направляется в рабочую камеру микроволновой печи или, как в случае вышеупомянутого эксперимента, направляется в воздух с помощью антенны.Конечно, процесс далеко не так прост, но это основные принципы.

Заявление об ограничении ответственности
Electronic Products не одобряет использование таких опасных экспериментов.

Исходное видео вместе с множеством того, что создатели описывают как множество «необычных экспериментов с электричеством, которые отличаются от большинства привычных представлений», можно найти на их канале YouTube: Kreosan.

Через YouTube

Подробнее о журнале Electronic Products Magazine

Руководство по выбору магнетронов: типы, характеристики, применение

Магнетроны — это мощные вакуумные лампы, используемые для генерации микроволновых сигналов.Есть много видов продукции. Примеры включают:

резонаторные магнетроны
магнетрон цилиндрический
круговые магнетроны
магнетрон прямоугольный
Магнетроны распылительные

Приложения

Применения для магнетронов включают радары, микроволновые печи и системы освещения. В радарных устройствах магнетроны используют очень короткие импульсы приложенного напряжения. В микроволновых печах волновод ведет к отверстию в варочной камере.В системах освещения, таких как серные лампы и металлогалогенные лампы, магнетроны также создают микроволновое поле.

Типы

В магнетронах используется высоковольтный источник постоянного тока, чтобы подвести катод с горячей нитью накала к высокому отрицательному потенциалу. Постоянные магниты, расположенные рядом с нитью накала, создают магнитное поле, которое заставляет электроны двигаться по спирали наружу, а не двигаться прямо к аноду.

Цилиндрические полости , расположенные по краю камеры магнетрона, создают резонансное высокочастотное поле.В свою очередь, это заставляет электроны накапливаться группами. Антенна, подключенная к волноводу, извлекает часть этого радиочастотного (РЧ) поля, а волновод направляет радиочастотную энергию на нагрузку.

Круглые магнетроны содержат спецификации продукта, касающиеся максимальной мощности распыления, требований к охлаждению, мишени, способа монтажа, максимальной температуры, расстояния от источника до подложки и материалов. Существует пять параметров максимальной мощности распыления: постоянный ток (DC), радиочастота (RF), катодное напряжение, ток разряда и рабочее давление.Требования к охлаждению включают расход при максимальной мощности, максимальную температуру на входе и открытый сток. Форма, диаметр, толщина и метод охлаждения являются целевыми параметрами.

Прямоугольные магнетроны хорошо подходят для покрытия широких подложек и достижения очень высокой производительности. Как и круглые магнетроны, прямоугольные магнетроны могут использовать профилированные магниты и турбулентный поток воды. Некоторые прямоугольные магнетроны предназначены для применения в аэрокосмической сфере, для декоративных покрытий, защиты, стоматологии, медицины, оптики или упаковки.Другие прямоугольные магнетроны используются в производстве архитектурного стекла, плоских дисплеев (FPD), магнитных носителей информации, полупроводников и износостойких покрытий.

Поставщики магнетронов могут предоставить нестандартных магнетронов , а также мишени и материалы для распыления. Изготовленные на заказ магнетроны предназначены для специализированных приложений. Они доступны в виде полных систем и включают в себя такие компоненты, как монтажное оборудование, узлы заслонок и газовые коллекторы. Мишени и материалы для распыления доступны как в виде готовых изделий, так и в виде готовых изделий.Их производят с помощью таких процессов, как горячее прессование, вакуумное спекание и вакуумная плавка. Материалы для распыления охватывают ряд металлов и сплавов.

Материалы

Конструкционные материалы для магнетронов включают медь и нержавеющую сталь.

Связанная информация

Сообщество CR4 — Управление мощностью магнетрона с помощью вариака и 2 МОТ

CR4 Community — 12v магнетрон

IEEE Spectrum — Андрей Хафф и удивительный СВЧ-усилитель

IEEE Spectrum — Краткая история микроволновой печи

Магнетроны — обзор | Темы ScienceDirect

4 Правило Слейтера – Полинга

В общем, простые правила счета электронов помогают понять электронные и магнитные свойства соединений Полу-Гейслера и Гейслера (Graf et al., 2011а). Важным правилом счета электронов для магнитных соединений Гейслера является так называемое правило Слейтера – Полинга.

Слейтер и Полинг обнаружили, что магнитный момент м 3d-элементов и их бинарных сплавов можно оценить на основе среднего числа валентных электронов ( n _V) на атом (Pauling, 1938; Slater, 1936а). Материалы разделены на две области в зависимости от м ( n _V): первая область кривой Слейтера – Полинга — это область низких концентраций валентных электронов ( n _V ≤ 8) и локализованный магнетизм.Здесь встречаются в основном структуры, родственные bcc и bcc . Вторая область — это область высоких концентраций валентных электронов ( n _V ≥ 8) и странствующего магнетизма. В этом районе встречаются системы с закрытой упакованной структурой ( fcc и hcp ). Железо находится на границе между локализованным и странствующим магнетизмом. На рис. 1.13b показана кривая Слейтера – Полинга для переходных металлов и некоторых сплавов. Соединения Гейслера расположены в локализованной части этой кривой.Поэтому мы сосредотачиваемся на этой области кривой. Магнитный момент, кратный магнетрону Бора μ _B, задается формулой

Рис. 1.13. (a) Магнитный момент на формульную единицу соединений Гейслера на основе Co ₂ пропорционален количеству валентных электронов и следует кривой Слейтера – Полинга, которая проиллюстрирована на (b). Значения для 3d переходных металлов и их сплавов приведены для сравнения. ( Примечание : сплавы A _{1 — x} B _x обозначены в легенде как AB для краткости.)

Перепечатано из Graf et al. (2011a) с любезного разрешения Elsevier.

(1) m = nV − 2n ↓

, где 2 n _↓ обозначает количество электронов в неосновных состояниях. Минимум плотности неосновных состояний вынуждает число электронов в неосновной зоне d составлять приблизительно три. Пренебрегая s и p электронов, магнитный момент в локализованной области кривой Слейтера – Полинга можно рассчитать согласно

(2) m≈nV − 6

, что означает, что магнитный момент на атом равен просто среднее количество валентных электронов минус шесть.По определению, HMF демонстрируют запрещенную зону в неосновной плотности состояний на уровне Ферми. Из-за этой запрещенной зоны количество занятых неосновных состояний должно быть целым числом, что точно выполняется для случая m = n _V-6 (Kübler, 2000; Wurmehl et al., 2005). Это правило может приводить к нецелым значениям, если средняя концентрация валентных электронов не является целым числом. Таким образом, часто удобнее использовать число валентных электронов на формульную единицу N _V.

Для соединений Полу-Гейслера с тремя атомами на формульную единицу правило Слейтера – Полинга определяется выражением

(3) mXYZ = NV − 18

В случае X ₂ YZ материалов Гейслера имеется четыре атома на элементарную ячейку, что приводит к формуле

(4) mX2YZ = NV − 24

Магнитный момент как функция количества валентных электронов на формульную единицу показан на рис. 1.13.

Мы хотели бы подчеркнуть, что, за очень немногими исключениями, магнитные соединения полугейслера стабильны только для числа валентных электронов 22 с Mn или RE-элементом в октаэдрическом узле решетки, что можно объяснить высокой тенденцией к локализованный магнитный момент Mn, как описано Kübler et al.(1983). Это правило Кюблера играет важную роль во всех соединениях Гейслера. Степень окисления локализованных атомов Mn может быть формально описана как Mn ^{3 +} с конфигурацией d ⁴, дающей магнитный момент приблизительно 4 мкм _B. Локализованный магнитный момент Mn также представлен в рассчитанном распределении спиновой плотности MnNiSb, показанном на рис. 1.14.

Рисунок 1.14. Распределение зарядовой и спиновой плотности MnNiSb.

Перепечатано из Graf et al.(2011a) с любезного разрешения Elsevier.

Отклонение от 22 валентных электронов в основном приводит к образованию другой кристаллической структуры, например, MnCrSb, FeMnSb и Mn ₂ Sb не кристаллизуются в структуре Half-Heusler (de Groot, 1991; de Groot et al., 1986). Подробный список магнитных моментов, расположенных в позиции Mn – Y, приведен в Kübler et al. (1983).

Магнитный момент полуметаллических материалов Гейслера линейно масштабируется с количеством валентных электронов согласно м = Н _В-24, как показано на рис.1.13. Известны лишь некоторые из них с N _V ≤ 24, например Mn ₂ VAl, который представляет собой HMF с 22 валентными электронами (Weht and Pickett, 1999). Замена Co на половину атомов Mn в позиции X приводит к немагнитному (Co _0,5 Mn _0,5) ² VAl с 24 электронами (Galanakis and Dederichs, 2005). Этот пример показывает, что правило Слейтера – Полинга также справедливо для четвертичных соединений Гейслера (Alijani et al., 2011a, b, 2012).

Кроме того, T _C соединений Гейслера на основе Co ₂ демонстрируют линейную зависимость от магнитного момента (Wurmehl et al., 2006a). Из-за поведения магнитных моментов Слейтера – Полинга, T _C следует линейной тенденции, если рассматривать ее как функцию валентных электронов, как показано на рис. 1.15. Линейный тренд прерывается для материалов с N _V = 27. Теоретические исследования показали, что магнитные моменты на позициях Co и Y увеличиваются одновременно с N _V, что приводит к нелинейности с м .Это компенсируется изменениями обменного среднего Гейзенберга, что приводит к линейной зависимости от N _V (Fecher et al., 2006; Kübler et al., 2007). Следует отметить, что намагниченность как функция температуры падает очень медленно. Для Co ₂ MnSi наблюдается уменьшение менее чем на 1% при изменении температуры от 5 K до RT. До сих пор Co ₂ FeSi является соединением Гейслера с наивысшим магнитным моментом 5,97 мкм _B при 5 K и T _C 1100 K, наивысшим T _C для HMF. (Wurmehl et al., 2006а, в).

Рисунок 1.15. (a) Температурно-зависимые измерения намагниченности выбранных соединений Гейслера на основе Co ₂ (Balke et al., 2010) и (b) T _C из Co ₂ соединений Гейслера линейно зависят от количество валентных электронов.

Перепечатано из Graf et al. (2011a) с любезного разрешения Elsevier.

Микроволновые печи | FDA

Описание

Микроволновые печи нагревают пищу с помощью микроволн — формы электромагнитного излучения, похожего на радиоволны.Микроволны обладают тремя характеристиками, которые позволяют использовать их в кулинарии: они отражаются металлом; они проходят через стекло, бумагу, пластик и подобные материалы; и они всасываются с пищей.

Устройство, называемое магнетроном, внутри духовки производит микроволны. Микроволны отражаются от металла внутри духовки и заставляют молекулы воды в пище вибрировать. Эта вибрация приводит к трению между молекулами, которое выделяет тепло, необходимое для приготовления пищи.

Риски / преимущества

Микроволны представляют собой неионизирующее излучение, поэтому они не имеют такого же риска, как рентгеновские лучи или другие типы ионизирующего излучения.Но микроволновое излучение может нагревать ткани тела так же, как и пищу. Воздействие высоких уровней микроволн может вызвать ожоги кожи или катаракту. Меньше известно о том, что происходит с людьми, подвергающимися воздействию микроволн низкого уровня.

Чтобы гарантировать безопасность микроволновых печей, производители должны подтверждать, что их продукция для микроволновых печей соответствует строгим стандартам радиационной безопасности, установленным и соблюдаемым FDA.

В хорошем состоянии микроволновая энергия не будет просачиваться из микроволновой печи.Поврежденная микроволновая печь может представлять опасность утечки микроволновой энергии. Обратитесь к производителю микроволновой печи за помощью, если дверные петли, защелки или уплотнения микроволновой печи повреждены, или если дверца не открывается или не закрывается должным образом.

Информация для потребителей

Законы, правила и стандарты

Производители изделий, излучающих электронное излучение, продаваемых в Соединенных Штатах, несут ответственность за соблюдение Федерального закона о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах (FFDCA), глава V, подраздел C — Радиационный контроль электронных изделий.

Производители микроволновых печей несут ответственность за соблюдение всех применимых требований Раздела 21 Свода федеральных правил (подраздел J, Радиологическое здоровье), части с 1000 по 1005:

1000 — Общие

1002 — Записи и отчеты

1003 — Уведомление о дефектах или несоблюдении

1004 — Выкуп, ремонт или замена электронных продуктов

1005 — Импорт электронной продукции

Кроме того, микроволновые печи должны соответствовать стандартам радиационной безопасности, изложенным в Разделе 21 Свода федеральных правил (подраздел J, Радиологическое здоровье), части 1010 и 1030.10:

1010 — Рабочие стандарты для электронных продуктов: общие

1030.10 — микроволновые печи

Обязательные отчеты для производителей или промышленных предприятий микроволновых печей

Отраслевое руководство — заинтересованные документы

Другие ресурсы

Текущее содержание с:
28.09.2020