Was Sind Mikrowellen?

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Mikrowellen sind eine art elektromagnetische strahlung und eignen sich für kommunikation, radar und kochen.

Mikrowellen sind eine Art elektromagnetischer Strahlung, ebenso wie Radiowellen, ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Mikrowellen haben eine Reihe von Anwendungen, einschließlich Kommunikation, Radar und, vielleicht den meisten Leuten bekannt, Kochen.

Elektromagnetische Strahlung wird in Wellen oder Partikeln bei verschiedenen Wellenlängen und Frequenzen übertragen. Dieser breite Wellenlängenbereich ist als elektromagnetisches Spektrum (EM-Spektrum) bekannt. Das Spektrum ist im Allgemeinen in sieben Bereiche unterteilt, um die Wellenlänge zu verringern und Energie und Frequenz zu erhöhen. Die üblichen Bezeichnungen sind Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot (IR), sichtbares Licht, Ultraviolett (UV), Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Mikrowellen liegen im Bereich des EM-Spektrums zwischen Radio- und Infrarotlicht.

Mikrowellen haben Frequenzen im Bereich von etwa 1 Milliarde Zyklen pro Sekunde oder 1 Gigahertz (GHz) bis zu etwa 300 Gigahertz und Wellenlängen von etwa 30 Zentimeter (12 Zoll) bis 1 Millimeter (0,04 Zoll), gemäß der Encyclopedia Britannica. Diese Region ist weiter in eine Reihe von Bands mit Bezeichnungen wie L, S, C, X und K gemäß dem Ginger Butcher-Buch "Tour of the Electromagnetic Spectrum" unterteilt.

Dieses Diagramm zeigt das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Wellen. Die Skala unten zeigt repräsentative Objekte an, die der Wellenlängenskala entsprechen. Die atmosphärische Deckkraft bestimmt, welche Strahlung die Erdoberfläche erreicht.

Dieses Diagramm zeigt das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Wellen. Die Skala unten zeigt repräsentative Objekte an, die der Wellenlängenskala entsprechen. Die atmosphärische Deckkraft bestimmt, welche Strahlung die Erdoberfläche erreicht.

Gutschrift: UC Regents.

Kommunikation & Radar

Mikrowellen werden hauptsächlich für Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssysteme verwendet, um alle Arten von Informationen, einschließlich Sprache, Daten und Video, sowohl in analoger als auch in digitaler Form zu übertragen, so die Federal Communications Commission (FCC). Sie werden auch zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung (SCADA) für entfernte Maschinen, Schalter, Ventile und Signale verwendet.

Eine weitere wichtige Anwendung von Mikrowellen ist Radar. Das Wort "Radar" war ursprünglich eine Abkürzung für RAdio Detection And Ranging. Vor dem Zweiten Weltkrieg stellten britische Radiotechniker fest, dass Radiowellen mit kurzer Wellenlänge von weit entfernten Objekten wie Schiffen und Flugzeugen zurückgeworfen werden können und das zurückkehrende Signal mit hochempfindlichen Richtantennen erfasst werden könnte, um die Anwesenheit und Position dieser Objekte zu bestimmen. Die Verwendung des Begriffs "Radar" ist so allgemein geworden, dass es jetzt ein Wort für sich ist und sich auf Systeme beziehen kann, die Mikrowellen oder Radiowellen verwenden.

Eine wenig bekannte historische Tatsache ist, dass eine frühe Radarinstallation auf dem Kahuku Point an der nördlichsten Spitze von Oahu errichtet wurde. Laut der Website von Hawaii hat die Station tatsächlich die erste Welle japanischer Flugzeuge entdeckt, als sie Pearl Harbor angegriffen hat, als die Flugzeuge 212 Kilometer entfernt waren. Da das System jedoch nur zwei Wochen in Betrieb war, wurde es als unzuverlässig eingestuft und die Warnung wurde ignoriert. Im Laufe des Krieges wurde das Radar verbessert und verfeinert, und seitdem ist es zu einem wesentlichen Element der nationalen Verteidigung und der zivilen Flugverkehrskontrolle geworden.

Radar hat viele andere Anwendungen gefunden, von denen einige den Doppler-Effekt ausnutzen. Ein Beispiel für den Doppler-Effekt kann durch einen sich nähernden Rettungswagen gezeigt werden: Wenn sich der Sirene nähert, scheint der Ton der Sirene an Ton zuzunehmen, bis sie vorbeizieht. Dann, als sie sich in die Ferne zurückzieht, scheint die Tonhöhe der Sirene zu sinken.

Robert Mayanovic, Professor für Physik an der Missouri State University, sagte, Doppler-Radar, das häufig Mikrowellen einsetzt, wird für die Flugverkehrskontrolle und für die Durchsetzung von Geschwindigkeitsbegrenzungen für Fahrzeuge verwendet. Wenn sich ein Objekt der Antenne nähert, werden die zurückkommenden Mikrowellen komprimiert und haben daher eine kürzere Wellenlänge und eine höhere Frequenz. Umgekehrt sind Rückwellen von sich entfernenden Objekten langgestreckt und haben eine längere Wellenlänge und eine niedrigere Frequenz. Durch Messen dieser Frequenzverschiebung kann die Geschwindigkeit eines Objekts zur Antenne hin oder von dieser weg bestimmt werden.

Übliche Anwendungen dieses Prinzips sind einfache Bewegungsmelder, Radarpistolen zur Geschwindigkeitsbegrenzung, Radarhöhenmesser und Wetterradar, die die 3D-Bewegung von Wassertröpfchen in der Atmosphäre verfolgen können. Diese Anwendungen werden als aktive Erfassung bezeichnet, da Mikrowellen übertragen werden und die reflektierten Signale empfangen und analysiert werden. Bei der passiven Erfassung werden natürliche Quellen von Mikrowellen beobachtet und analysiert. Viele dieser Beobachtungen werden von Satelliten durchgeführt, die entweder auf die Erde oder ins Weltall schauen.

Mikrowellenwärmequellen

Eine der häufigsten Anwendungen von Mikrowellen ist das schnelle Erhitzen von Lebensmitteln. Mikrowellenherde sind möglich, da mit Mikrowellen Wärmeenergie übertragen werden kann. Die Entdeckung dieses Phänomens war rein zufällig. In seinem Buch "Sie haben alle gelacht...: Von den Glühbirnen zu den Lasern: Die faszinierenden Geschichten hinter den großen Erfindungen, die unser Leben verändert haben" (HarperCollins, 1992), erzählt der Autor Ira Flatow die Geschichte der Erfindung der Mikrowelle Ofen: "Kurz nach dem Zweiten Weltkrieg tourte Percy L. Spencer, ein Elektronik-Genie und Kriegsheld, durch eines seiner Labors der Raytheon Company. Spencer blieb vor einem Magnetron stehen, der Power-Tube, die ein Radargerät steuert. Plötzlich Er bemerkte, dass ein Schokoriegel in seiner Tasche angefangen hatte zu schmelzen. " Weitere Untersuchungen veranlassten ihn, die erste Charge Mikrowellen-Popcorn sowie das erste explodierende Ei herzustellen.

Die ersten Mikrowellenherde waren recht groß und teuer, aber seitdem sind sie so erschwinglich, dass sie in Häusern auf der ganzen Welt verbreitet sind.Mikrowellenheizsysteme werden auch in einer Reihe industrieller Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Verarbeitung von Lebensmitteln, Chemikalien und Materialien sowohl im Chargen- als auch im kontinuierlichen Betrieb.

Dieser Panoramablick auf das Chajnantor-Plateau in Chile zeigt die Antennen des Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) vor einem atemberaubenden Sternenhimmel.

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Gutschrift: ESO / B. Tafreshi

Natürliche Mikrowellenquellen

Radioastronomen führen Beobachtungen im Mikrowellenbereich durch, aber aufgrund der Abschwächung der Atmosphäre werden die meisten dieser Untersuchungen mit Ballons oder Satelliten in großer Höhe durchgeführt. Die berühmteste Beobachtung von extraterrestrischen Mikrowellen wurde jedoch von zwei Wissenschaftlern des Bell Labs durchgeführt, die an einem Telekommunikationssystem mit einer großen bodengestützten Hornantenne arbeiteten.

Laut der NASA Science-Website: "Arno Penzias und Robert Wilson, Wissenschaftler von Bell Labs, machten 1965 mit langen L-Band-Mikrowellen eine unglaubliche Entdeckung ganz zufällig: Sie fanden Hintergrundgeräusche mit einer speziellen, rauscharmen Antenne. Das Seltsame an dem Geräusch war, dass es aus allen Richtungen kam und anscheinend nicht stark in seiner Intensität zu variieren schien: Wenn diese Statik von etwas auf unserem Planeten herrschte, wie etwa Funkübertragungen von einem nahegelegenen Flughafenkontrollturm, würde es kommen Nur aus einer Richtung, nicht überall. Die Wissenschaftler des Bell Lab erkannten bald, dass sie die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zufällig entdeckt hatten. Diese Strahlung, die das gesamte Universum ausfüllt, ist ein Hinweis auf ihren Beginn, den sogenannten Big Bang. "

Penzias und Wilson wurden für ihre Entdeckung mit dem Nobelpreis für Physik 1978 ausgezeichnet. Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung wird seither von Satelliten mit hoher Genauigkeit abgebildet. Diese Beobachtungen haben gezeigt, wie winzige Temperaturschwankungen sich zu den heutigen galaktischen Clustern entwickelt haben.

Die Analyse dieser Hintergrundstrahlung hat den Astronomen auch Hinweise auf die Zusammensetzung des Universums gegeben. Die Wissenschaftler glauben heute, dass etwa 95 Prozent des Kosmos aus Materie und Energie bestehen, die mit herkömmlichen Instrumenten nicht "erfasst" werden können, was zu dunklen Namen führt Materie und dunkle Energie. Zukünftige Analysen dieser Hintergrundstrahlung könnten ein weiteres Licht auf das werfen, was kurz nach der Geburt des Universums geschah - und möglicherweise sogar, bevor dieses Universum existierte, gemäß einigen kosmischen Modellen.

Zusätzliche Berichterstattung von Charles Q. Choi, WordsSideKick.com-Mitarbeiter.

Zusätzliche Ressourcen

  • Das Projekt Luxorion listet mit detaillierten Beschreibungen alle für die Radioastronomie zugewiesenen Frequenzen auf.
  • Die NASA Science-Website diskutiert über Mikrowellen.
  • Hackaday.com zeigt, wie man die Elektronik für einen Doppler-Bewegungssensor herstellt.

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Videoergänzungsan: Wie funktioniert die Mikrowelle? - Vor- & Nachteile Ernährung - Auswirkung auf Vitamine & Nährstoffe.




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