Tehnologia microundelor - aplicații

Capitolul 1

Consideratii teoretice

1.1. Notiuni generale

Energia microundelor a fost folosita în procesele industriale de foarte multi ani, folosirea acestora in locul surselor convetionale de caldura s-a produs datorita mai multor avantaje cum ar fi :

- incalzirea rapida in profunzime

- economisire de energie si timp si imbunatatirea calitatii

In primii ani de studii a încalzirii prin microunde aceste avantaje au fost greu de justificat in raport cu pretul scazut al incalzirii cu ajutorul derivatiilor petrolului.

Toate acestea impreuna cu reticenta multor industrii de a schimba sistemele convectionale existente, dar adesea eficiente si depasite, cu sisteme bazate pe microunde a dus la o crestere lenta dar foarte bine documentata a acestei tehnologii.

Aplicatii uzuale : aplicatii cu efecte termice, telecomunicatii, supraveghere electronica, radiolocatie si teledectie, spectroscopia cu microunde, defectoscopie, investigatii medicale,

microunde de putere(termimicroundele)

Cele mai mari avantaje ale energiei microundelor asupra tehnologiei convetionale au fost bine precizate de catre Parkin (1979).

- o mai eficienta uscare vizavi de perioada de uscare reducind costurile de productie

- sistemul este mult mai compact decit sistemul conventional

- energia este transferata intr-un mod mult mai curat (fara poluare)

- se realizeaza afanarea materialului

- absortia energiei in mod selectiv de catre constituentii cu pierderi ;acestora aplicinduse la uniformizarea materialelor fibroase

- energia se disipa repede in vulumul materialului

- evita uscarea excesiva

- un cost relativ scazut al intretinerii

Microundele sunt unde electromagnetice a caror lungime de unda este comparabila cu dimensiunile spatiului de propagare:

-unde radoi ultrascurte(UHF asa numitele posturi radio FM)

-unde TV in interiorul unei camere de apartament

-unde radio pentru telefonia GSM

-reteaua de transport de energie electrica la nivel national sau continental

Prin microunde se intelege in general unde electromagnetice cu frecvente in gama 0.3÷300GHz, adica lungimi de unda in intervalul 1m÷1mm.

1.2. Consideratii generale ale electromagnetismului

Câmpul magnetic este o mărime fizică vectorială ce caracterizează spatiul din vecinătatea unui magnet, electromagnet sau a unei sarcini electrice în miscare. Acest câmp vectorial se manifestă prin fortele care actionează asupra unei sarcini electrice în miscare (forță Lorentz), asupra diverselor materiale (paramagnetice, diamagnetice sau feromagnetice după caz). Poate fi măsurat cu magnetometrul. Mărimea care măsoară interactiunea dintre câmp magnetic si un material se numeste susceptibilitate magnetică.

Câmpul magnetic si câmpul electric sunt cele două componente ale câmpului electromagnetic. Prin variatia lor, cele două câmpuri se influentează reciproc si astfel undele electrice si magnetice se pot propaga liber în spatiu sub formă de unde electromagnetice.

Prin câmp electric se întelege starea unei regiuni a spatiului manifestată prin proprietatea că un mic corp încărcat electric plasat în această regiune este supus actiunii unei forte care nu s-ar exercita dacă corpul nu ar fi încărcat.

Unitatea de măsură a cîmpului electric este N/C (newton pe coulomb). Această unitate este echivalentă cu V/m (volt pe metru). Matematic, cîmpul electric este un cîmp tridimensional de vectori.

Câmpul electromagnetic: este ansamblul câmpurilor electrice şi magnetice, care oscilează şi se generează reciproc.

Unde electromagnetice: este un câmp electromagnetic care se propagă .

1.3. Notiunii generale ale undelor electromagnetice

La modul cel mai general, notiunea de unda poate fi definita în felul urmator: prin unda se întelege un fenomen (o manifestare naturala) variabil în timp care se propaga din aproape în aproape într-o regiune data a spatiului. Acest fapt –prin modelare– se poate defini si astfel: în domeniul W se propaga o unda a marimii de stare u daca o perturbare a lui u, existenta în punctul P în momentul t se regaseste în momentul t+Dt în diverse puncte P’ din vecinatatea lui P. în legatura directa cu aceasta definitie se introduc notiunile: front de unda si viteza frontului.

Prin frontul undei se întelege suprafata ce separa, la un moment dat, regiunea perturbata de cea neperturbata; ea evolueaza atât în timp cât si în spatiu, ceea ce implica fenomenul de propagare a undei în domeniul W.

Viteza de propagare a frontului (ceea ce este tot una cu viteza de propagare a undei) se defineste ca fiind limita dintre distanta pe care o parcurge un punct P’ al frontului de unda (fata de punctul P din punctul de perturbatie) în intervalul de timp Dt si acest interval de timp, atunci când Dt tinde catre zero, adica: care este totdeauna finita.

(1.1)

Aceasta corespunde faptului esential ca în conceptia actuala a Fizicii nu exista decât efecte care se propaga prin „actiuni din aproape în aproape” (cunoscuta teorie a contiguitatii) si cu viteza finita. De fapt, aceasta conceptie (având totusi o origine mai veche: anul 1843, când M. Faraday a introdus termenii de câmp si de contiguitate) sta la baza teoriei macroscopice clasice a fenomenelor electromagnetice ale lui Maxwell. Teoria contiguitatii considera ca purtatorul actiunilor electrice si magnetice dintre corpurile electrizate si magnetizate este câmpul electromagnetic care le transmite prin contiguitate (adica din aproape în aproape în spatiu si timp) cu o anumita viteza finita (dar foarte mare), astfel ca ele au nevoie de un anumit timp spre a se propaga. Actiunile prin contiguitate depind numai de evolutia pe care starile fizice au avut-o într-un timp oricât de scurt (care tocmai a trecut!) la o distanta oricât de mica din jurul portiunii de corp asupra careia se exercita, de aici rezultând imediat notiunea de unde electromagnetice, în forma din definitia data la început.