Los patrones de onda exactos pueden predecirse mediante las ecuaciones de Maxwell, las visualizaciones de Feynman y la mecánica cuántica no son necesarias.
En el microondas, hay una fuente de microondas, generalmente un klystron, un camino de propagación para las ondas E / M (Electro-magnéticas) y una parte de absorción, generalmente el alimento. El poder (y por lo tanto el calor) solo puede ser transferido por las ondas que viajan, las ondas estacionarias son una consecuencia de las reflexiones dentro de las partes metálicas del horno.
Hagamos un viaje con la ola que viaja. La fuente tiene un voltaje y una corriente en los cables que oscilan a cierta frecuencia. (y potencia = V x I) esto pasa a una antena que lanza las ondas E / M al aire, exactamente igual que un teléfono móvil normal. Las ondas son ondas transversales, es decir, se mueven de un lado a otro, no a lo largo de la longitud como ondas de sonido longitudinales. Si no están polarizados, el campo eléctrico puede estar en cualquier ángulo (pero siempre es normal a la dirección) en comparación con la dirección. Las ondas de agua solo se mueven hacia arriba y hacia abajo. El aire juega una pequeña parte en la propagación, y también viajaría en el vacío; pero a la comida puede no gustarle eso 🙂. Con el campo eléctrico siempre hay un campo magnético asociado que es normal entre sí en la dirección de lado a lado. (es decir, normal a la ruta de propagación).
La ola puede golpear la comida directamente (la mejor y más eficiente) en cuyo caso es absorbida por las moléculas de agua y convertida en calor, o golpea las paredes del horno y se refleja hacia atrás. Cuando las olas que viajan chocan entre sí, se produce un patrón de interferencia que puede dar lugar a ondas estacionarias. Las ondas estacionarias no pueden transferir energía, por lo que solo cuando una ola golpea la comida se puede hacer calor. Esta es la razón por la cual las paredes no se calientan con las olas, aunque el vapor de la comida puede calentar las paredes.
La analogía del agua puede ser útil. Si coloca una piedra en un estanque grande, las ondas viajan hacia afuera y eventualmente mueren debido a pérdidas en el agua.
Suelta una piedra en un baño (o cerca de la costa) y puedes ver que las ondas primero se desplazan hacia un lado, luego se reflejan, cuando las ondas hacia adelante golpean las ondas regresivas se produce una onda estacionaria (y patrones de interferencia) .
Las ondas E / M son tridimensionales, por lo que subir y bajar no tiene sentido. Pueden ser de lado a lado, de 45 grados a 45 grados o cualquier otra combinación. (a menos que pasen por un filtro de polarización).
Para medir las ondas E / M, uno tiene que introducir algo de materia, generalmente un cable o bobina. En términos simples, el cable actúa como una antena y detecta el campo eléctrico y la bobina detecta el campo magnético. (la realidad es más complicada, pero esto explica el concepto básico).
En el caso del horno, las olas hacen que las moléculas de agua vibren y la fricción causada convierte la ola en calor.
¿Es la onda estacionaria en mi horno de microondas una ola que “sube y baja” como si estuviera hecha de agua, o “sube y baja” solo significa que su intensidad cambia, pero el espacio que llena no lo hace?
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¿Es la onda estacionaria en mi horno de microondas una ola que “sube y baja” como si estuviera hecha de agua, o “sube y baja” solo significa que su intensidad cambia, pero el espacio que llena no lo hace?
El espacio es un lugar ocupado, independientemente de si hay algo en una región del espacio en particular. Contiene muchos de los llamados “campos”. Incluso donde el espacio parece vacío, es decir, un vacío, estos campos existen.
El campo que experimentamos más fácilmente es el campo de gravedad. Ese es el campo que constantemente arrastra objetos sobre la superficie de la Tierra hacia el centro de la Tierra. El campo gravitatorio no es lo que usan los hornos de microondas; Lo menciono solo para señalar que el concepto de “campo” no es un concepto extraño; lo experimentamos todo el tiempo.
Los campos que utiliza un horno de microondas son campos eléctricos y magnéticos. Podemos ver campos magnéticos actuando cuando jugamos con imanes de juguete. Los campos eléctricos son un poco menos familiares; pero son lo que impulsa todos los electrodomésticos, y en pequeños componentes conducen el dispositivo en el que estás leyendo esto.
Los campos eléctricos y magnéticos se impulsan entre sí. Cuando un campo eléctrico cambia en algún volumen de espacio, crea un cambio en el campo magnético alrededor de ese espacio. Cuando un campo magnético cambia algo de espacio, crea un cambio en el campo eléctrico alrededor de ese espacio. Por lo tanto, un movimiento del campo eléctrico en un punto crea un conjunto de perturbaciones en los campos eléctricos y magnéticos que se extienden desde ese punto.
En un horno de microondas, la electricidad, extraída de su servicio eléctrico local a través del enchufe, se usa en un dispositivo inteligente llamado “magnetrón” para cambiar el campo eléctrico hacia adelante y hacia atrás, es decir, tirar hacia un lado y viceversa, cambiando de nuevo y adelante aproximadamente dos mil millones de veces por segundo. Entonces, lo que está ondeando dentro del horno de microondas es la dirección y la magnitud del campo eléctrico y magnético en cada punto del horno.
En una dos milmillonésima de segundo, la perturbación en los campos eléctrico y magnético se extiende a una distancia de unos quince centímetros, por lo que la perturbación se repite en esa distancia. La razón por la que se llama una “ola” es que la perturbación se extiende más bien como ondas en la superficie de un estanque después de una gota en un guijarro.
En lugar de extenderse en todas direcciones, la perturbación en un horno de microondas está confinada al interior al estar dentro de una caja que conduce electricidad. Un conductor no permite que una perturbación eléctrica lo atraviese, sino que lo hace rebotar. El hecho de que las perturbaciones estén rebotando hacia adelante y hacia atrás, en lugar de simplemente extenderse en todas las direcciones, significa que todas las reflexiones forman un patrón constante dentro, aunque dentro de ese patrón los campos eléctricos y magnéticos cambian de aquí a allá unas dos mil millones por segundo.
La comida, y toda la materia familiar en nuestro mundo, está hecha de partículas cargadas muy livianas llamadas “electrones” y partículas mucho más pesadas (pero aún extremadamente ligeras según nuestros estándares) llamadas “núcleos”. Debido a que estas partículas tienen carga eléctrica, el campo eléctrico, cambiando hacia adelante y hacia atrás, empuja principalmente a los electrones hacia adelante y hacia atrás unas dos mil millones de veces por segundo (se mueven más porque son más livianos), y eso es lo que calienta la comida.
En una onda estacionaria, los campos eléctricos y magnéticos cambian más y más en algunos puntos que en otros. Si lo dejas pasar, la comida se cocinaría más en algunos lugares que en otros. Al rotar la comida o mover cualquier otra cosa dentro de la caja, el patrón de ondas estacionarias cambia, de modo que en el promedio a largo plazo, cada parte de la comida tiene el mismo calentamiento.
Esta alteración de los campos eléctricos y magnéticos no es tan desconocida como parece. Si la velocidad a la que cambian de un lado a otro es unos pocos millones de veces más rápido que en un horno de microondas, podemos verlo. Esa misma interacción de campos eléctricos y magnéticos es lo que llamamos “luz”, a mayor velocidad.
Excelente pregunta Creo que Feynman abordó el tema en una de sus lecciones sobre el campo electromagnético. Nadie puede entender realmente lo que realmente significa que un microondas es una “ola”. Incluso los mejores médicos no pueden ver el mundo con algunas pequeñas ondas flotando alrededor.
En términos físicos, lo que varía es la intensidad de los campos eléctrico y magnético, y varía como una “onda”, que es un seno o un coseno. Uno podría pensar que es una onda que se mueve en el espacio, y esta es la imagen que se usa comúnmente. La principal diferencia con las olas en el agua es que la onda electromagnética no necesita un soporte para moverse a través del espacio.
Más cerca de este último, aunque “intensidad” significa algo un poco diferente en física, por lo que sería más correcto decir que la magnitud del campo oscilante es mayor en los antinodos (los “picos”) que en los nodos.
La intensidad, es la altura desde el pico hasta el valle
La frecuencia es cuántos picos pasan por un punto determinado por segundo (generalmente en millones)
La ola es probablemente lineal, o en forma de cono, o en forma de abanico, o cualquiera que sean las especificaciones de diseño solicitadas. Probablemente determinado por la forma si el emisor.
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