Magnetrão

Magnetrão

Um dos componentes mais importantes do forno de microondas é o magnetrão, que produz as microondas.

Física

Palavras-chave

magnetrão, Espectro eletromagnético, microonda, Indução eletromagnética, força de Lorentz, spektrum, radiação X, radiação gama, raio X, ultravioleta, infravermelho, comprimento de onda, freqüência, luz visível, onda de rádio, ânodo, cátodo, corrente elétrica, eletroímã, eletricidade, física, onda

Extras relacionados

Cenas

Ondas eletromagnéticas

  • Espectro eletromagnético
  • Comprimento de onda
  • Frequência
  • Luz de alerta - Certas ondas eletromagnéticas são perigosas para os seres vivos.

As microondas são um tipo de radiação eletromagnética com frequências que vão desde cerca de 0,3 GHz até 300 GHz e com comprimentos de onda entre 1 metro e 1 milímetro, respetivamente. São usadas principalmente em fornos microondas, radares, telemóveis, ligações Wi-Fi e Bluetooth e em transmissão de televisão terrestre.

A radiação eletromagnética está sempre presente à nossa volta. Para além de sons, percebemos a maior parte da informação acerca do ambiente onde estamos através de ondas deste tipo. Os vários tipos de ondas eletromagnéticas diferem apenas no comprimento de onda e, por isso, na frequência; a maneira como são produzidas e propagadas é basicamente a mesma.

As ondas eletromagnéticas são produzidas por mudanças repentinas num campo elétrico. Quando um campo elétrico muda, é gerado um campo magnético; e quando o campo magnético muda, um campo elétrico é induzido e assim sucessivamente. É assim que as ondas eletromagnéticas se propagam.

As ondas eletromagnéticas de diferentes frequências formam-se a partir de diferentes circunstâncias e têm um impacto diferente no seu ambiente. Por esta razão, são consideradas ondas diferentes.

O espectro eletromagnético inclui os seguintes tipos de onda (enumerados por ordem decrescente de acordo com o comprimento de onda): ondas rádio, microondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios-X e raios Gamma.

Estas categorias podem ainda ser divididas em subcategorias. Por exemplo, há ondas rádio longas, médias, curtas e ultra-curtas; a luz visível pode ser classificada por cores: vermelho, cor-de-laranja, amarelo, verde, azul, violeta; e no caso da radiação ultravioleta, podemos falar de radição UV-A e UV-B.

No geral, quanto mais curto é o comprimento de onda de uma onda eletromagnética, mais alta é a sua frequência e, consequentemente, a sua energia, o que significa que pode causar mais dano.

Forno de microondas

  • porta com malha de plástico - Evita que a radiação escape da cavidade do forno.
  • cavidade do forno
  • invólucro
  • painel de controlo
  • prato giratório

As microondas são ondas eletromagnéticas, tal como a luz, mas o seu comprimento de onda é maior: vai de 1 mm até 1 m. Nos fornos microondas, o comprimento de onda é de aproximadamente 12 cm.

O efeito de aquecimento dos microondas baseia-se na propriedade dipolar elétrica das moléculas de água, o que significa que estas estão parcialmente carregadas positivamente da parte do hidrogénio e parcialmente carregadas negativamente do lado do oxigénio. As moléculas de água tentam alinhar-se com o campo elétrico das microondas, que muda periodicamente, o que faz com que vibrem, levando a um aumento da sua energia cinética. Como resultado, a temperatura da comida rica em água colocada no forno microondas aumenta.

O magnetrão gera microondas a partir de corrente elétrica, que são dirigidas para a cavidade do forno por um guia de ondas. Aí, são dispersadas pelas lâminas de uma ventoinha. Ao serem refletidas pelas paredes internas de metal da cavidade do forno, as ondas penetram na comida e aquecem-na.

A porta do microondas está equipada com uma rede de proteção que evita que as microondas escapem da cavidade do forno. Sem esta camada protetora, os nossos próprios tecidos corporais também aqueceriam se permanecêssemos perto do microondas, o que se traduziria em queimaduras.

Construção do forno de microondas

  • magnetrão - Gera microondas através de corrente elétrica.
  • transformador - Converte a voltagem da energia da CA para o valor necessário para o magnetrão.

Construção do Magnetrão

  • Invólucro
  • Íman
  • Dissipador térmico
  • Ficha

Em fontes de microondas de alto rendimento, tais como fornos microondas ou radares, o magnetrão é normalmente a fonte de radiação. Um magnetrão é uma válvula termiónica especial em que os eletrões se movem a alta velocidade desde o cátodo, de carga negativa, para o ânodo, de carga positiva. Contudo, ao contrário das válvulas termiónicas tradicionais, os eletrões seguem um padrão mais complexo dentro do magnetrão, e, como resultado do seu movimento em ziguezague, produzem-se microondas.

O cátodo e o ânodo

  • Cátodo - Num estado quente, liberta eletrões.
  • Ânodo - O ânodo em forma de anel, positivamente carregado, atrai eletrões.
  • Trajetória dos eletrões - Sem um campo magnético, os eletrões mover-se-iam em linha reta.

No centro do magnetrão há um cátodo aquecido, rodeado por um ânodo de carga positiva em forma de anel. O cátodo liberta eletrões que começam a movimentar-se para fora, em direção ao ânodo.
Uma vez que ímanes fortes estão colocados no topo e na base do magnetrão, é produzido um campo magnético, no qual surge uma força de Lorentz, e o trajeto dos eletrões torna-se curvo, em espiral, ocasionalmente fazendo laços antes de chegar ao ânodo.

Nos magnetrões práticos, o trajeto dos eletrões também é influeciado pelas cavidades encontradas dentro do ânodo. Estas cavidades atuam como osciladores eletrónicos, ou seja, forçam os eletrões a oscilar a uma frequência específica.

Estes trajetos complexos têm certas zonas quentes onde os eletrões se acumulam, formando uma estrutura em raios que roda a uma rapidez específica. Este campo elétrico rotativo produz as microondas.

Força magnética de Lorentz

  • Linhas de indução magnética
  • Íman
  • Trajetória dos eletrões - Sem cavidades, o trajeto dos eletrões seria em espiral, por causa dos ímanes.

A magnitude da foça de Lorentz pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

F = q * B * v * sin α

onde q é a carga da partícula, B é a magnitude da indução magnética, v é a velocidade da partícula e α (alfa) é o ângulo entre a velocidade da partícula e as linhas de indução magnética (vetores v e B).
Deste modo, não existe força quando v e B são paralelos, e a força máxima obtém-se quando v e B são perpendiculares.

O papel das cavidades o circuito ressonante

  • Cavidade - Funciona como um oscilador eletrónico.
  • Campo elétrico - Muda periodicamente nas cavidades.
  • Raio - A sua forma e tamanho afetam a frequência das microondas.
  • Antena - As microondas escapam do magnetrão através dela.
  • Circuito ressonante - Muda o campo elétrico periodicamente a uma frequência específica.

As cavidades dentro do ânodo funcionam como circuitos de ressonância elétrica. Um oscilador eletrónico é um circuito eletrónico no qual as cargas circulam de um lado para o outro a frequências específicas. É semelhante a um baloiço, na medida em que se o empurrarmos uma vez, também voltará para trás e para a frente a uma certa frequência, se não consideramos nenhuma alteração externa.

Um circuito ressonante é constituído por um condensador e por uma bobina. Contudo, no caso dos magnetrões, a abertura da cavidade é que desempenha o papel de consensador e a bobina é substituída pelo material da cavidade em si, na qual circula corrente elétrica.

A corrente oscilante forma-se quando, devido a um elemento externo, as cargas começam a circular ao longo da parede da cavidade em forma de anel num trajeto circular e a corrente elétrica gera um campo magnético. As cargas acumulam-se na abertura da cavidade, fazendo com que a corrente elétrica se torne mais fraca e enfraquecendo assim também o campo magnético. Contudo, por causa da mudança do campo magnético, ocorre auto-indução, gerando um campo elétrico capaz de empurrar os eletrões na mesma direção por um curto momento, fazendo com que, eventualmente, mais cargas se acumulem na entrada da cavidade.

Quando o processo está prestes a parar completamente, as cargas acumuladas começam a circular no sentido contrário, em direção às cargas opostas, ou seja, a direção da corrente inverte-se e todo o processo começa de novo. Assim sendo, a corrente elétrica vai mudar periodicamente a uma frequência específica até o sistema ficar sem energia. A frequência do magnetrão depende das dimensões físicas das cavidades. A corrente oscilante que circula nas cavidades afeta a circulação de eletrões em redor do cátodo, gerando corrente pulsada em vez de um fluxo contínuo. É assim que as microondas são produzidas.

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