Magnetron

Definição de Magnetron

Um Magnetron é um tubo de vácuo de dois elementos no qual o fluxo de elétrons está sob a influência de um campo magnético externo, usado para gerar ondas de rádio extremamente curtas.

O que é um Magnetron?

Um magnetron é um dispositivo que utiliza a interação de um fluxo de elétrons, guiado por um campo magnético, com cavidades dentro de um bloco de cobre para produzir radiação de microondas. A faixa de freqüência da radiação depende do tamanho das cavidades.

Os dispositivos são usados no radar e fornos de microondas, onde a radiação faz com que as moléculas dos alimentos – particularmente moléculas de água – vibrem, levando a um aumento rápido da temperatura que é suficiente para cozinhar os alimentos.

Magnetrons, como aqueles encontrados em fornos de microondas,
usam ímãs e guias de onda para gerar e direcionar a radiação de microondas

Como funciona

Um Magnetron consiste de um pequeno cilindro de cobre com um número de cavidades que se abrem para uma câmara de vácuo central, que contém um cátodo de metal. Um imã permanente fornece um campo magnético que corre paralelo ao eixo do cilindro. O cátodo é aquecido por uma corrente direta de alta voltagem, fazendo com que ele produza elétrons que fluem em direção à parede do cilindro, perpendicularmente ao campo magnético. Os elétrons são desviados pelo campo em caminhos curvos, fazendo com que eles estabeleçam correntes circulares dentro das cavidades. Essas correntes produzem radiação de microondas em freqüências relacionadas ao tamanho das cavidades.

As microondas devem então ser direcionadas para onde são necessárias. Isto é conseguido por uma estrutura metálica conhecida como guia de ondas, ao longo da qual as ondas viajam. Normalmente se estende para fora do corpo principal a partir de uma das cavidades, capturando as microondas e guiando-as ao longo de seu comprimento. No caso de um magnetron usado para radar, o guia de ondas se conectará a uma antena que transmite as ondas. Em um forno de microondas, ele direcionará as ondas para a câmara do forno, de modo que elas possam ser usadas para cozinhar.

Usos

Magnetrons são usados para gerar microondas para o radar, pois eles podem alcançar a potência necessária. Uma desvantagem de um magnetron simples é que, embora a faixa de frequências produzidas seja determinada pelo tamanho das cavidades, há uma variação dentro dessa faixa, devido às flutuações na corrente e às mudanças de temperatura. Embora isso não seja um problema quando a energia produzida é usada para aquecimento, ela afeta a precisão das imagens de radar. Isso pode ser superado usando materiais condutores ajustáveis que podem ser inseridos nas cavidades para ajustar a radiação conforme necessário.

Forno de Microondas

O uso mais familiar dos magnetrons é em fornos de microondas.

Estes direcionam as ondas para uma pequena câmara de cozimento, onde a comida pode ser cozida muito rapidamente.

Algumas moléculas nos alimentos são polares, o que significa que elas têm uma carga positiva de um lado e uma carga negativa no outro. Essas moléculas, quando bombardeadas com radiação eletromagnética na faixa de microondas, se alinham aos campos elétricos e magnéticos alternados produzidos pelas ondas, fazendo com que elas vibrem rapidamente, o que leva a um rápido aquecimento. Uma dessas moléculas é a água, que está presente em quantidades significativas na maioria dos alimentos.

História

Na década de 1920, Albert Hull, funcionário de uma conhecida empresa de eletricidade, pesquisava tubos a vácuo quando criou o magnetron. Hull, no entanto, poderia pensar em poucos usos para sua invenção, e permaneceu praticamente inutilizado por algum tempo.

No final da década de 1930 e início da década de 1940, dois engenheiros chamados Harry Boot e John Randall decidiram explorar mais o dispositivo.

Versões anteriores consistiam de um cátodo e anodos dentro de um tubo de vidro, mas Boot e Randall usavam o cobre, um bom condutor elétrico, para construir um invólucro com cavidades que também agiam como um ânodo. Isso resultou em um dispositivo que era muito mais potente, produzindo uma saída de 400 watts em um espaço menor que 10 cm.

Como Boot e Randall desenvolveram tubos de magnetrão mais fortes, eles descobriram que estes eram ideais para o radar.

Durante a Segunda Guerra Mundial, os submarinos dos Estados Unidos começaram a usá-los, o que permitiu que o equipamento de radar detectasse naves inimigas mais rapidamente.

No final da década de 1940, o Dr. Percy Spenser, engenheiro e inventor americano, testou ainda mais a produção de tubos de magnetrão em seu laboratório. Ele notou que a barra de chocolate no bolso havia derretido completamente enquanto ele estava trabalhando com os tubos. Ele decidiu colocar alguns grãos de pipoca perto do maquinário para ver o que aconteceria, e notou que isso fazia os grãos pipocarem.

O Dr. Spenser chamou seu assistente e os dois homens decidiram colocar um ovo inteiro perto do aparelho. Quando o ovo explodiu, o Dr. Spenser percebeu que descobrira uma forma fascinante de cozinhar. Spenser ajudou a criar o primeiro forno de microondas do mundo em 1947. O modelo inicial pesava mais de 318 kg e tinha mais de 1,5 metro de altura.

O que é radiação de microondas?

As microondas são raios eletromagnéticos com uma faixa de freqüência de 0,3 GHz a 300 Ghz. Eles são encontrados entre as ondas de rádio e as ondas infravermelhas no espectro eletromagnético. A radiação de microondas é o movimento das ondas radiantes no qual a energia de microondas viaja.

Este tipo de energia leva um caminho de linha reta. Como todas as ondas eletromagnéticas, elas não exigem que um meio atravesse. Eles podem passar por materiais não metálicos como plástico e vidro, mas são refletidos em superfícies de metal. As microondas são absorvidos por alimentos e outros materiais com elevado teor de água, e produzir calor. Este é o princípio operacional no qual os aparelhos de cozinha de microondas funcionam.

Um forno de microondas consiste de um transformador de alta voltagem, um tubo de elétrons chamado magnetron, um ventilador guia de onda e uma câmara de cozimento. O transformador passa energia elétrica para o magnetron, que converte essa energia elétrica em radiação de microondas. A radiação é refletida na câmara de cozimento e absorvida pela comida.

Como resultado da absorção por microondas, as moléculas de água nos alimentos começam a vibrar. Esse movimento molecular produz calor, que cozinha a comida. Alimentos que possuem concentrações mais altas de moléculas de água cozinham mais rapidamente. Em alimentos mais espessos, a parte externa é cozida pelas microondas e a parte interna é cozida por condução de calor da parte externa aquecida.

Preocupações sobre microondas transformando alimentos radioativos são infundadas. A “radiação” refere-se à maneira como as microondas se movem, e não a radioatividade. As microondas são de caráter não ionizante, o que significa que elas não têm energia para causar alterações químicas nas substâncias, como ocorreria no caso da radioatividade.

O principal perigo das microondas é que o tecido do corpo possa ser afetado da mesma maneira que os alimentos. Eles podem causar queimaduras, cataratas nos olhos e outros ferimentos. No entanto, seria necessário altos níveis de energia para que isso acontecesse. Os níveis de radiação nos utensílios de cozinha são felizmente muito baixos.

A radiação de microondas também pára assim que um aparelho é desligado. Isso significa que os perigos de ficar em frente ao forno de microondas são insignificantes. Ao mesmo tempo, é importante que os cozinheiros tomem precauções sensatas.

Antes de comprar um aparelho de microondas, o comprador deve certificar-se de que ele atende aos padrões de segurança aprovados pelo setor. Ele deve ler e seguir as instruções do dispositivo antes de usá-lo. Somente tigelas e vasos projetados especificamente para o uso de forno de microondas devem ser colocados dentro. As pessoas também devem evitar o aquecimento de água ou outros líquidos no forno, pelo menos não por longos períodos. A porta do forno também deve ser mantida fechada quando estiver em operação.

Construção física de um magnetron

O magnetron é classificado como um diodo porque não tem grade.

O ânodo de um magnetron é fabricado em um bloco de cobre sólido cilíndrico.

O cátodo e o filamento estão no centro do tubo e são suportados pelos fios do filamento.

Os cabos de filamento são grandes e rígidos o suficiente para manter a estrutura do cátodo e do filamento fixos na posição.

O cátodo é indiretamente aquecido e é construído de um material de alta emissão.

Os 8 a 20 furos cilíndricos em torno de sua circunferência são cavidades ressonantes.

Uma fenda estreita vai de cada cavidade para a porção central do tubo, dividindo a estrutura interna em tantos segmentos quanto cavidades.

Cada cavidade funciona como um circuito ressonante paralelo. A parede posterior da estrutura do bloco anódico pode ser considerada como a porção indutiva (uma bobina com uma única volta). A região da ponta da aleta pode ser considerada como a porção do capacitor do circuito ressonante paralelo equivalente. A frequência de ressonância de uma cavidade de microondas é assim determinada pela dimensão física do ressonador. Se uma única cavidade ressonante oscilar, ela excita a próxima a também oscilar. Este oscila em um atraso de fase de 180 graus e excita a próxima cavidade ressonante, e assim por diante. De uma cavidade ressonante para a próxima ocorre sempre este atraso de 180 graus. A cadeia de ressonadores, portanto, forma uma estrutura de onda lenta que é independente.

O cátodo de um magnetron fornece os elétrons através dos quais o mecanismo de transferência de energia é realizado. O cátodo está localizado no centro do ânodo e é composto por um cilindro oco de material emissivo (principalmente óxido de bário) em torno de um aquecedor. Os fios de alimentação do filamento devem centrar todo o cátodo. Qualquer excentricidade entre o ânodo e o cátodo pode causar graves arcos internos ou mau funcionamento.

O espaço aberto entre o bloco anódico e o cátodo é chamado de espaço de interação. Neste espaço, os campos elétrico e magnético interagem para exercer força sobre os elétrons. O campo magnético é normalmente fornecido por um imã forte e permanente montado ao redor do magnetron, de modo que o campo magnético fica paralelo ao eixo do catodo.

Geralmente consiste em um número par de cavidades de microondas dispostas de maneira radial.

A forma das cavidades varia, como mostrada na figura abaixo:

Tipo de ranhura
Tipo de palheta
Sol nascente
Tipo buraco e ranhura

O tipo de ranhura, o tipo de orifício e ranhura e o tipo de sol nascente são usinados usualmente por métodos de fresagem com material de cobre sólido. Mas pode ser difícil cortar metal suavemente (como cobre) em um torno. O tipo de palhetas é geralmente composto de palhetas individuais montadas e brasadas em um anel de suporte. O comportamento de ressonância já pode ser testado e calibrado no laboratório antes que o bloco anódico seja instalado no tubo de vácuo.

O terminal de saída é geralmente uma sonda ou um loop que se estende até uma das cavidades ressonantes e é acoplado a uma guia de onda ou linha coaxial.

Fonte: www.dictionary.com/www.merriam-webster.com/www.wisegeek.org/www.radartutorial.eu/www.britannica.com