Warto przeczytać

Mikrofale to fale elektromagnetyczne o zakresie mieszczącym się między podczerwienią i falami radiowymi. Czasem promieniowanie mikrofalowe zalicza się do fal radiowych o największej częstotliwości i najmniejszej długości fali. Promieniowanie mikrofalowe wypełniające Wszechświat, tak zwane promieniowanie reliktowe, lub promieniowanie tła, jest najstarszą pozostałością z najwcześniejszych etapów ewolucji Wszechświata.

Jak wszystkie fale elektromagnetyczne, mikrofale rozchodzą się w próżni z tą samą prędkością $c$ = 3 · 10Indeks górny 8⁸ m/s. Falę elektromagnetyczną charakteryzuje:

• częstotliwość $\nu$, czyli liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy, wyrażona w hercach (Hz) – mikrofale mają częstotliwość w zakresie 1 GHz – 3000 GHz,

• długość fali $\lambda$, czyli odległość między sąsiednimi punktami, w których pole elektryczne i magnetyczne mają taką samą fazę – długość fali mikrofal wynosi od 10Indeks górny -4^-4 m do 0,3 m (0,1 mm do 30 cm).

Wielkości te są ze sobą związane: im większa jest częstotliwość, tym mniejsza długość fali:

Energia kwantu promieniowania, fotonu, jest wprost proporcjonalna do częstotliwości i odwrotnie proporcjonalna do długości fali:

gdzie $h$ jest stałą Plancka, $h$ = 6,63 · 10Indeks górny -34^-34 J·s lub 4,14 · 10Indeks górny -15^-15 eV·s.

Energie fotonów promieniowania mikrofalowego są niewielkie. Największa energia fotonu mikrofalowego jest ponad kilkaset razy mniejsza niż energia fotonu światła widzialnego, a kilkaset tysięcy razy mniejsza od energii fotonów, które mogą spowodować jonizację atomów i uszkodzić cząsteczki chemiczne. Warto tu wspomnieć, że pojawiające się w Internecie doniesienia o szkodliwości mikrofal, które mają rzekomo powodować raka mózgu i inne straszne skutki, są bezpodstawne. Ich autorzy po prostu pomylili niskoenergetyczne promieniowanie mikrofalowe z wysokoenergetycznym promieniowaniem jonizującym, takim jak daleki nadfiolet, promieniowanie rentgenowskie i gamma. Skoro nie szkodzi nam światło widzialne, to tym bardziej promieniowanie mikrofalowe.

Mikrofale, zwłaszcza o większej częstotliwości i mniejszej długości fali, rozchodzą się w przestrzeni podobnie, jak światło widzialne. Fale rozchodzą się prawie prostoliniowo i podlegają takim samym zjawiskom jak światło: ulegają odbiciu, przez niektóre materiały przechodzą, a przez inne są pochłaniane.

Odbicie – mikrofale odbijają się od powierzchni metalowych. Osłona z metalu stanowi dla nich nieprzekraczalną granicę. To dlatego mikrofalówka (Rys. 1.) do podgrzewania potraw ma metalową konstrukcję, a szklane okienko w drzwiczkach osłonięte są metalową siatką. Uniemożliwia to przedostanie się promieniowania mikrofalowego na zewnątrz urządzenia.

RgJp8czsKgid3

Rys. 1. Na zdjęciu znajduje się kuchenka mikrofalowa.

Fale elektromagnetyczne ulegają odbiciu oraz rozproszeniu, kiedy spotykają zmianę własności dielektrycznych czy magnetycznych ośrodka, w którym się rozchodzą. Może to być ciało stałe, ciecz, czy też powietrze, generalnie ośrodek, w którym rozchodzi się promieniowanie. Przewodniki elektryczne są takim materiałem, który szczególnie silnie odbijają promieniowanie mikrofalowe. Metale czy włókna węglowe, czynią tym samym radar urządzeniem wyjątkowo dobrze nadającym się do wykrywania samolotów czy statków (Rys. 2.).

Raq7ADKB8XPYE

Rys. 2. Na zdjęciu znajduje się antena radaru. Jest to wielka metalowa konstrukcja w kształcie czaszy, skierowanej w prawo i nieco w górę.

Pochłanianie – materiały zawierające cząsteczki dipoloweCząsteczka dipolowacząsteczki dipolowe, jak na przykład cząsteczki wody, pochłaniają fale mikrofalowe. Zmienne pole elektryczne, związane z rozchodzącym się promieniowaniem mikrofalowym, obraca cząsteczkami, będącymi dipolami, ustawiając je zgodnie z kierunkiem i zwrotem tego pola. Poruszające się dipolowe cząsteczki, przekazują energię kinetyczną innym otaczającym je cząsteczkom – w rezultacie temperatura materiału zwiększa się. Energia promieniowania mikrofalowego zamienia się w energię wewnętrzną ośrodka. Inny sposób pochłaniania promieniowania mikrofalowego dotyczy materiałów zawierających jony. Pod wpływem zmiennego pola elektrycznego jony zaczynają się poruszać, zderzając przy tym z innymi cząsteczkami, co powoduje przekazywanie energii cieplnej.

Materiały, nie zawierające cząsteczek dipolowych i jonów, przepuszczają promieniowanie mikrofalowe. Na przykład szkło, ceramika, plastik, papier są przezroczyste dla mikrofal i nie pochłaniają ich energii. Dlaczego tak się dzieje? Fotony promieniowania mikrofalowego mają zbyt małą energię, aby oddziaływać z atomami i molekułami. Nie mogą rozbijać cząsteczek chemicznych, ani wybijać elektronów z atomów, więc nie tracą energii.

Istnieją więc materiały absorbujące promieniowanie mikrofalowe emitowane przez chociażby, wspomniany w materiale, radar. Są wykorzystywane przy budowie pojazdów wojskowych. Obiekty takie nie są całkowicie niewidoczne dla promieniowania elektromagnetycznego, jedynie ich kształt oraz powłoka wykonana z absorbującego promieniowanie mikrofalowe materiału powodują, że odbite promieniowanie jest wyjątkowo słabe i nie wyróżnia się na tle szumów, co sprawia, że są one trudne do wykrycia (Rys. 3.).

RUz7G0f9up1XT

Rys. 3. Na zdjęciu znajduje się lecący, wojskowy samolot. Widziany od dołu ma kształt trójkąta ze skrzydłami skierowanymi do tyłu.

Promieniowanie mikrofalowe nie jest promieniowaniem jonizującym.

Ziemska atmosfera jest przezroczysta dla promieniowania mikrofalowego o długości fali od około 1 cm do kilkunastu metrów. Na tych zakresach działają nadajniki i odbiorniki satelitów telekomunikacyjnych. Promieniowanie mikrofalowe wykorzystuje również telefonia komórkowa, radary i inne urządzenia, dla których istotny jest brak pochłaniania promieniowania w powietrzu.

Słowniczek