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Como Funciona um Micro-ondas | EngineerGuy Séries N.º 4
Este micro-ondas é verdadeiramente um feito memorável da engenharia.
O rápido aquecimento que os tornou populares
é possível graças à energia fornecida por
este tubo de vácuo.
Se imaginar um tubo de vácuo no seu todo, estará provavelmente
num rádio como este.
Inevitavelmente, minúsculos transístores e micro-chips substituíram
desajeitados tubos de vácuo, mas é muito cedo para
os renegar a um museu.
Os micro-chips não conseguem substituir tubos para produzir energia.
Por exemplo, aquecendo comida.
Um micro-ondas tem três componentes principais:
Um tubo de vácuo chamado \'magnetron\',
que gera a energia que aquece a comida;
Uma conduta de ondas escondida na parede que dirige a energia para a comida;
e uma câmara que possui a comida e contém com segurança a radiação de micro-ondas.
No princípio, um forno de micro-ondas aquece algo de forma igual
a qualquer outro tipo de transferidor de calor.
Ao nível molecular o calor é uma transferência de energia
que resulta na agitação crescente das moléculas numa substância.
Como não somos de dimensões quânticas,
observamos este aumento no movimento
juntamente com a subida de temperatura.
Num forno ou fogão tradicionais aquecemos a comida
pondo uma frigideira ou tacho no bico do fogão,
ou no forno, em que as paredes irradiam calor,
que cozinha o exterior da comida.
O interior cozinha quando o calor se transfere da superfície
da comida até ao seu inetrior.
Inversamente, a energia da radiação vinda do magnetron penetra
na comida, o que significa que toda a *** da comida
é cozinhada simultaneamente.
Como é que isto acontece?
Bem, a nossa comida está cheia de água,
que tem um pólo negativo numa ponta,
e um negativo na outra.
Para dar mais energia a estas moléculas,
expomo-as a ondas eletromagnéticas que emanam do tubo.
Por definição, as ondas têm campos elétricos e magnéticos
cujas direções se alternam rapidamente.
Neste forno, a direção dos campos altera-se
2 mil e 450 milhões de vezes por segundo
A água vai tentar alinhar-se com a radiação do campo elétrico.
A variação do campo agita as moléculas de água
para trás e para a frente rapidamente, e a fricção molecular
causada cria calor enquanto o movimento irrompe com
as ligações do hidrogénio entre moléculas vizinhas de água.
Logo, pode ter uma ideia do comprimento da energia
emitida pelo magnetron usando queijo.
Aqui, são visíveis partes em que o queijo
derreteu completamente e outras partes em que está completamente intocado.
As paredes metálicas do forno só refletem ondas de
um comprimento que cabe dentro dele
Esta onda constante causa pontos quentes e frios dentro do forno.
O padrão tridimensional das ondas é difícil de prever,
mas o príncipio pode ser visto olhando para
ondas numa única dimensão
Os picos e vales na onda representam
a maior energia da onda,
enquanto que os \'nós\' correspondem aos pontos \"frios\" dentro da câmara-
Se eu medir a distância entre partes do queijo derretidas,
é cerca de 6,4 centímetros (duas polegadas e meia).
Isto é metade do comprimento de onda
ou a distância entre \'nós\'
e está muito próxima do verdadeiro comprimento de onda na radiação de micro-ondas usada.
Usando este comprimento de onda, consigo estimar a frequência da radiação de micro-ondas.
A frequência relaciona-se com o quociente entre a velocidade da luz (300 000 000 m/s) e o comprimento de onda (2x6,4 cm).
Obtenho uma resposta que só tem um erro de 4 ou 5%.
Nada mal para esta medida primitiva.
Mas, a verdadeira engenharia no forno de micro-ondas
reside em criar o magnetron que
gere ondas de rádio altamente energéticas.
É de facto um fantástico e revolucionário dispositivo.
O tubo de vácuo está aqui dentro.
Isto são tubos de arrefecimento,
finas peças metálicas que dissipam o calor ao mesmo tempo que o magnetron opera.
As partes chave são estes dois ímanes e
o tubo de vácuo.
Agora, tenho aqui outra para que possa ver o interior.
Aplica-se uma alta voltagem através de não só
o filamento interior e o cobre circular exterior.
Esta voltagem \'coze\' eletrões para fora do filamento central
e eles voam em direção à secção circular de cobre.
O filamento é feito de tungsténio e tório.
Tungsténio porque suporta altas temperaturas
e tório porque é uma boa fonte de eletrões.
Os ímanes dobram estes eletrões para que curvem
de volta ao filamento central
Ajustamos a força magnética de modo que, agora,
os eletrões a orbitar passem mesmo de raspão pela abertura destas cavidades.
Tal como soprar para uma garrafa meio cheia para fazê-la assobiar,
isto cria uma onda oscilante - a radiação de micro-ondas que aquece a comida.
É simplesmente surpreendente que estas cavidades possam ser produzidas
com alta precisão, baixo custo e fiabilidade incrivelmente alta.
Eu sou o Bill Hammack, o EngineerGuy.
Este vídeo é baseado num capítulo no livro
\'Oito Espantosas Histórias de Engenharia\'.
O capítulo contém mais informações sobre este assunto.