Un magnetron è un dispositivo che utilizza l’interazione di un flusso di elettroni, guidato da un campo magnetico, con cavità all’interno di un blocco di rame per produrre radiazioni a microonde. La gamma di frequenza della radiazione dipende dalle dimensioni delle cavità. I dispositivi sono utilizzati nei radar e nei forni a microonde, dove la radiazione fa vibrare le molecole negli alimenti, in particolare le molecole d’acqua, portando a un rapido aumento della temperatura sufficiente per cuocere il cibo.
Come Funziona
Un magnetron è costituito da un corto cilindro di rame con una serie di cavità che si aprono in una camera a vuoto centrale contenente un catodo metallico. Un magnete permanente fornisce un campo magnetico che corre parallelo all’asse del cilindro. Il catodo viene riscaldato da una corrente continua ad alta tensione, che produce elettroni che fluiscono verso la parete del cilindro, ad angolo retto rispetto al campo magnetico. Gli elettroni vengono deviati dal campo in percorsi curvi, provocando la creazione di correnti circolari all’interno delle cavità. Queste correnti producono radiazioni a microonde a frequenze correlate alle dimensioni delle cavità.
Le microonde devono quindi essere indirizzate dove sono necessarie. Ciò è ottenuto da una struttura metallica nota come guida d’onda, lungo la quale viaggiano le onde. Normalmente si estende all’esterno del corpo principale da una delle cavità, catturando le microonde e guidandole lungo la sua lunghezza. Nel caso di un magnetron utilizzato per il radar, la guida d’onda si collegherà a un’antenna che trasmette le onde. In un forno a microonde, dirigerà le onde nella camera del forno in modo che possano essere utilizzate per cucinare.
si utilizza
I magnetron vengono utilizzati per generare microonde per radar, in quanto possono raggiungere la potenza richiesta. Un inconveniente con un semplice magnetron è che, sebbene l’intervallo di frequenze prodotte sia determinato dalla dimensione delle cavità, vi è una variazione all’interno di tale intervallo, a causa delle fluttuazioni della corrente e delle variazioni di temperatura. Sebbene questo non sia un problema quando l’energia prodotta viene utilizzata per il riscaldamento, influisce sulla precisione delle immagini radar. Questo può essere superato utilizzando materiali conduttori regolabili che possono essere inseriti nelle cavità per regolare la radiazione secondo necessità.
L’uso più familiare dei magnetron è nei forni a microonde. Questi dirigono le onde in una piccola camera di cottura, dove il cibo può essere cucinato molto rapidamente. Alcune molecole negli alimenti sono polari, il che significa che hanno una carica positiva da un lato e una carica negativa dall’altro. Queste molecole, quando vengono bombardate da radiazioni elettromagnetiche nel campo delle microonde, si allineano ai campi elettrici e magnetici alternati prodotti dalle onde, facendole vibrare rapidamente, il che porta a un rapido riscaldamento. Una di queste molecole è l’acqua, presente in quantità significative nella maggior parte degli alimenti.
History
Negli anni ‘1920, Albert Hull, un dipendente di una nota azienda elettrica, stava facendo ricerche sui tubi a vuoto quando creò il magnetron. Hull, tuttavia, poteva pensare a pochi usi per la sua invenzione, e rimase in gran parte inutilizzata per qualche tempo. Alla fine degli anni ‘1930 e all’inizio degli anni ‘1940, due ingegneri di nome Harry Boot e John Randall decisero di esplorare ulteriormente il dispositivo. Le versioni precedenti erano costituite da un catodo e anodi all’interno di un tubo di vetro, ma Boot e Randall usarono invece il rame, un buon conduttore elettrico, per costruire un involucro con cavità che fungevano anche da anodo. Ciò ha portato a un dispositivo molto più potente, che produceva una potenza di 400 watt in uno spazio inferiore a quattro pollici (10 cm).
Quando Boot e Randall svilupparono tubi magnetron più potenti, scoprirono che erano ideali per i radar. Durante la seconda guerra mondiale, i sottomarini degli Stati Uniti iniziarono a usarli, il che permise all’apparecchiatura radar di rilevare più rapidamente le navi nemiche. Alla fine degli anni ‘1940, il dottor Percy Spenser, un ingegnere e inventore americano, testò ulteriormente l’uscita dei tubi magnetron nel suo laboratorio. Notò che la barretta di cioccolato nella sua tasca si era completamente sciolta mentre lavorava con i tubi. Decise di mettere alcuni chicchi di popcorn vicino al macchinario per vedere cosa sarebbe successo e notò che faceva scoppiare i chicchi.
Il dottor Spenser ha chiamato il suo assistente ei due uomini hanno deciso di posizionare un uovo intero vicino al dispositivo. Quando l’uovo è esploso, il dottor Spenser si è reso conto di aver scoperto un’affascinante forma di cucina. Spenser ha continuato ad aiutare a creare il primo forno a microonde al mondo nel 1947. Il modello iniziale pesava più di 700 libbre (318 kg), era alto più di cinque piedi (1.5 metri) e costava più di $ 5,000 dollari USA (USD).