Un magnétron est un appareil qui utilise l’interaction d’un flux d’électrons, guidé par un champ magnétique, avec des cavités dans un bloc de cuivre pour produire un rayonnement micro-ondes. La gamme de fréquences du rayonnement dépend de la taille des cavités. Les appareils sont utilisés dans les radars et les fours à micro-ondes, où le rayonnement fait vibrer les molécules des aliments, en particulier les molécules d’eau, entraînant une augmentation rapide de la température suffisante pour cuire les aliments.
Comment ça fonctionne?
Un magnétron se compose d’un court cylindre de cuivre avec un certain nombre de cavités qui s’ouvrent dans une chambre à vide centrale contenant une cathode métallique. Un aimant permanent fournit un champ magnétique parallèle à l’axe du cylindre. La cathode est chauffée par un courant continu à haute tension, ce qui lui permet de produire des électrons qui s’écoulent vers la paroi du cylindre, perpendiculairement au champ magnétique. Les électrons sont déviés par le champ dans des chemins courbes, les obligeant à établir des courants circulaires dans les cavités. Ces courants produisent un rayonnement micro-onde à des fréquences liées à la taille des cavités.
Les micro-ondes doivent alors être dirigées là où elles sont nécessaires. Ceci est réalisé par une structure métallique connue sous le nom de guide d’ondes, le long de laquelle les ondes se déplacent. Il s’étend normalement à l’extérieur du corps principal depuis l’une des cavités, captant les micro-ondes et les guidant sur sa longueur. Dans le cas d’un magnétron utilisé pour le radar, le guide d’ondes se connectera à une antenne qui transmet les ondes. Dans un four à micro-ondes, il dirigera les ondes dans la chambre du four afin qu’elles puissent être utilisées pour la cuisson.
Les usages
Les magnétrons sont utilisés pour générer des micro-ondes pour le radar, car ils peuvent atteindre la puissance de sortie requise. Un inconvénient avec un simple magnétron est que, bien que la gamme de fréquences produites soit déterminée par la taille des cavités, il existe des variations dans cette gamme, en raison des fluctuations du courant et des changements de température. Bien que ce ne soit pas un problème lorsque l’énergie produite est utilisée pour le chauffage, cela affecte la précision des images radar. Ceci peut être surmonté en utilisant des matériaux conducteurs réglables qui peuvent être insérés dans les cavités pour régler le rayonnement selon les besoins.
L’utilisation la plus courante des magnétrons est dans les fours à micro-ondes. Ceux-ci dirigent les ondes dans une petite chambre de cuisson, où les aliments peuvent être cuits très rapidement. Certaines molécules dans les aliments sont polaires, ce qui signifie qu’elles ont une charge positive d’un côté et une charge négative de l’autre. Ces molécules, lorsqu’elles sont bombardées de rayonnement électromagnétique dans la gamme des micro-ondes, s’alignent sur les champs électriques et magnétiques alternatifs produits par les ondes, les faisant vibrer rapidement, ce qui conduit à un échauffement rapide. L’une de ces molécules est l’eau, qui est présente en quantités importantes dans la plupart des aliments.
Histoire
Dans les années 1920, Albert Hull, employé d’une entreprise d’électricité bien connue, faisait des recherches sur les tubes à vide lorsqu’il créa le magnétron. Hull, cependant, pouvait penser à peu d’utilisations pour son invention, et elle est restée largement inutilisée pendant un certain temps. À la fin des années 1930 et au début des années 1940, deux ingénieurs nommés Harry Boot et John Randall ont décidé d’explorer davantage l’appareil. Les versions antérieures consistaient en une cathode et des anodes à l’intérieur d’un tube de verre, mais Boot et Randall ont plutôt utilisé du cuivre, un bon conducteur électrique, pour construire un boîtier avec des cavités qui servaient également d’anode. Cela a abouti à un appareil beaucoup plus puissant, produisant une puissance de 400 watts dans un espace inférieur à quatre pouces (10 cm).
Au fur et à mesure que Boot et Randall développaient des tubes magnétron plus puissants, ils ont découvert qu’ils étaient idéaux pour le radar. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les sous-marins américains ont commencé à les utiliser, ce qui a permis à l’équipement radar de détecter plus rapidement les navires ennemis. À la fin des années 1940, le Dr Percy Spenser, un ingénieur et inventeur américain, a encore testé la sortie des tubes magnétron dans son laboratoire. Il a noté que la barre chocolatée dans sa poche avait complètement fondu pendant qu’il travaillait avec les tubes. Il a décidé de placer quelques grains de maïs soufflé près des machines pour voir ce qui se passerait, et a remarqué que cela faisait éclater les grains.
Le Dr Spenser a appelé son assistant et les deux hommes ont décidé de placer un œuf entier près de l’appareil. Lorsque l’œuf a explosé, le Dr Spenser s’est rendu compte qu’il avait découvert une forme de cuisine fascinante. Spenser a ensuite contribué à créer le premier four à micro-ondes au monde en 1947. Le modèle initial pesait plus de 700 livres (318 kg), mesurait plus de cinq pieds (1.5 mètre) et coûtait plus de 5,000 XNUMX dollars américains (USD).