Magnetrons - ống phát sóng vi sóng microwave

Category: Teaching Published: 18 July 2017
Hits: 623

Muốn nấu bữa tối trong năm phút hoặc tạo một chiếc máy bay an toàn hơn để bay trong thời tiết xấu? Bạn sẽ cần đến thiết bị vi sóng (microwaves). Đó là sóng vô tuyến vô hình, năng lượng rất lớn, bước sóng ngắn có tốc độ ánh sáng, để làm những vật quan trọng cho thiết bị lò vi sóng và định vị bằng radar. Làm lò vi sóng thì dễ dàng nếu bạn sở hữu thiết bị đúng - một vật tiện ích được gọi là magnetron hay ống khuếch đại sóng. Nó là gì và nó hoạt động như thế nào? Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn!

Magnetron hoạt động như thế nào?

Magnetron rất phức tạp. Để hiểu chúng hoạt động như nào thì ta so sánh nó với 2 thứ khác cũng hoạt động theo cách tương tự: cái ti vi cổ lỗ và ống sáo.

Magnetron có khá nhiều điểm chung với một ống phát tia điện tử catot, là bóng đèn thủy tinh hàn kín dùng để tạo nên hình ảnh trong một chiếc tivi truyền thống. Ống này là trung tâm của một chiếc Ti vi: tạo ra hình ảnh bạn có thể nhìn thấy bằng cách bắn các chùm điện tử lên màn hình phủ các chất lân quang gọi là photpho để chúng phát sáng và phát ra những chấm ánh sáng. Bạn có thể đọc tất cả về điều đó trong bài viết chính về truyền hình (television), nhưng ở đây trình bày (ngắn gọn) là những gì đang xảy ra bên trong của Ti vi. Bên trong Ti vi, có một thiết bị điện tích điện âm được gọi là cực âm được nung nóng ở nhiệt độ cao nên các điện tử “sôi” bay hơi khỏi nó. Chúng được tăng tốc xuống ống thủy tinh, được tích tụ tại thiết bị cuối tích điện dương hoặc anode và đạt tốc độ cao nhờ điện trường trên quãng đường đi đó và đập vào màn hình photpho ở đầu cuối ống. Nhưng magnetron không có mục đích như thế về nguyên lý như một chiếc Ti vi. Thay vì tạo ra hình ảnh, nó được thiết kế để tạo ra song vi sóng - và nó có một chút giống như một cái ống sáo. Sáo là một đường ống mở đầy không khí. Thổi trên một đầu theo đúng cách và bạn làm cho nó rung ở một cao độ nhạc cụ thể (được gọi là tần số cộng hưởng), tạo ra âm thanh bạn có thể nghe được tương ứng với chiều dài của ống sáo.

Nhiệm vụ của magnetron là tạo sóng radio khá ngắn. Nếu bạn có thể nhìn thấy chúng, bạn có thể dễ dàng đo lường chúng với một cái thước kẻ dung ở trường học. Chúng thường không ngắn hơn khoảng 1mm (0.04in, phân vạch ngắn nhất trên thước đo) và không dài hơn khoảng 30cm (12in, chiều dài của một cái thước đo điển hình). Magnetron làm công việc của mình bằng cách cộng hưởng giống như một ống sáo khi bạn cấp điện năng vào đó. Nhưng, không giống như sáo, nó tạo ra sóng điện từ thay vì sóng âm nên bạn không thể nghe được năng lượng cộng hưởng mà nó tạo ra. (Bạn không thể nhìn thấy năng lượng đó, bởi vì mắt bạn không nhạy cảm với bước sóng ngắn, bức xạ vi sóng).

Magnetron tạo nên lò vi sóng như thế nào?

Magnetron cộng hưởng như thế nào? Nó hoạt động giống như một cái Ti vi:

  1. Có một catot được nung nóng (một thanh kim loại rắn) ở trung tâm của magnetron. Ở trên hình nó có màu cam.
  2. Một anot vòng cung bao quanh catot (màu đỏ).
  3. Nếu bật điện cho magnetron đơn giản như thế này, các điện tử sẽ “sôi” bay ra từ cực âm và kéo qua anot theo đường thẳng (thể hiện bằng mũi tên màu đen) giống như chùm electron trong TV. Nhưng có thêm hai hàm bit thêm vào trong một magnetron thay đổi hoàn toàn mọi thứ.
  4. Thứ nhất, anot có lỗ hoặc khe được cắt tạo hình, được gọi là khoang hoặc khoang cộng hưởng. Thứ hai, một nam châm mạnh được đặt bên dưới cực dương để tạo ra một từ trường dọc theo chiều dài của ống (song song với cực âm, và trong sơ đồ này, đi thẳng vào màn hình máy tính của bạn).
  5. Bây giờ khi các điện tử cố gắng di chuyển từ catot sang anot, chúng sẽ đi qua một điện trường (tạo bởi anot và catot) và một từ trường (được sinh ra bởi nam châm) cùng một lúc. Vì vậy, giống như bất kỳ hạt điện tích chuyển động trong từ trường, chúng chịu tác động của một lực và đi theo một đường cong (vòng tròn màu xanh) thay vì một đường thẳng, chạy lên khoảng không giữa cực dương và cực âm.
  6. Do các electron bị kẹp trong các khoáng, các khoang này sẽ cộng hưởng và phát ra bức xạ vi sóng. Hãy suy nghĩ về các electron truyền năng lượng cho các khoang, làm cho tạo âm vang lên như một ai đó thổi vào đầu hở của cây sáo – sẽ chỉ sinh ra song vi sóng thay vì sóng âm.
  7. Các bức xạ vi sóng do khoang cộng hưởng sinh ra được tập hợp lại và định hướng bởi một loại phễu gọi là ống dẫn song (waveguide), hoặc đi vào buồng nấu của lò vi sóng hoặc phát ra không khí bằng ăngten hoặc đĩa satellite trong thiết bị radar.

Trong thực tế, quá trình tạo vi sóng tất nhiên là phức tạp hơn nhiều. Nhưng hãy nghĩ đến sự kết hợp  từ một chiếc ti vi và một loại sáo với nhau để tạo ra lò vi sóng thay vì tiếng sáo hoặc hình ảnh truyền hình và bạn sẽ có được ý tưởng cơ bản!

Tóm tắt lịch sử của Magnetron

  • 1920s: Kỹ sư người Mỹ - Albert W. Hull phát minh ra magnetron đầu tiên trong khi làm việc cho General Electric.
  • 1934: Arthur L. Samuel thuộc phòng thí nghiệm Bell Telephone phát minh ra khoang cộng hưởng magnetron.
  • Năm 1939: Hai nhà vật lí, John Randall và Harry Boot, làm việc tại Đại học Birmingham, Anh đã phát triển một magnetron mạnh hơn rất nhiều để đặt vào tàu biẻn, máy bay và tàu ngầm.
  • Những năm 1940: Kỹ sư người Mỹ - Percy Spencer vô tình phát hiện ra rằng lò vi sóng được sản xuất bởi magnetron có đủ công suất để hâm nóng và nấu thức ăn. Ông đã sáng chế lò vi sóng vào những năm 1950.

Biên dịch từ: http://www.explainthatstuff.com/how-magnetrons-work.html

Xem 1 số video về Magnetron sử dụng cho lò vi sóng:

Các linh kiện bên trong lò vi sóng:

Linh kiện bên trong lò Vi sóng

tuanhluyenkim
Author: Bùi Thị Tú Anh
About: Tu Anh is a senior at Hanoi University Of Science and Technology (HUST), 1 Dai Co Viet road, phone +84 (0)985179402, https://www.facebook.com/buithi.tuanh.7

Donate

Donate using PayPal
Amount: