Microunde

Neculai SEGHEDIN

Se numesc aşa deoarece au fost descoperite după undele radio, situate în dreapta spectrului electromagnetic, unde care se numeau lungi, medii, scurte şi ultrascurte, aşa că oamenii de ştiinţă au atribuit acestor noi unde prefixul micro, care este logic în comparaţie cu clasicele unde radio, dar nu are nici o relevanţă în comparaţie cu undele din stânga spectrului electromagnetic (infraroşii, spectrul vizibil, ultraviolete, gama etc). Undele radio au lungimi de undă de la 1m, la dimensiuni de ordinul kilometrilor, microundele au lungimi de undă de la 1m, la 1mm, pe când undele infraroşii (alea care transmit căldura) se încadrează în intervalul 750nm-1mm, iar razele ultraviolete între 10nm şi 400nm (un nanometru reprezintă o milionime dintr-un milimetru, un fleac). Microundele se mai caracterizează şi printr-o frecvenţă de 300GHz – 300 MHz, pe când undele radio au o frecvenţă mai mică de 300 MHz, în timp ce undele infraroşii au 300 GHz – 400 THz (1 MHz reprezintă un milion de cicluri pe secundă, 1 GHz un miliard de cicluri pe secundă, iar 1THz o mie de miliarde de cicluri pe secundă. Cine să stea să le numere, totuşi?).

Microundele se folosesc la construcţia dispozitivelor fără fir precum telefoanele mobile, telefoanele fără fir, sistemele Wi-Fi, căşti Bluetooth, reţelele de relee radio cu microunde, sistemele radar, sistemele de comunicaţii prin satelit, teledetecţia, radioastronomia, acceleratoarele de particule, spectroscopia, încălzirea industrială, sistemele de evitare a coliziunilor, telecomenzile pentru uşi de garaj şi pentru televizoare etc. Lungimile de undă reduse ale microundelor permit utilizarea unor antene de la 1 la 20 de centimetri lungime.

Apariţia microundelor a fost un exemplu de manifestare a adiacentului posibil, adică a acelei stări a cunoaşterii care permite ca, la un anumit moment, să fie pregătite toate condiţiile pentru realizarea unei invenţii sau descoperiri. Astfel, începând cu 1894, fizicianul indian Jagadish Chandra Bose (1858-1937), absolvent al St. Xavier's College Calcutta, Christ's College Cambridge şi al University College London, a efectuat primele experimente cu microunde, el fiind prima persoană care a produs unde milimetrice, generând frecvenţe de până la 60 GHz (5 milimetri). În mod independent, în 1894, Oliver Lodge (1851-1940) şi Augusto Righi (1850-1920) au generat microunde cu frecvenţa de 1,5 şi respectiv 12 GHz. Fizicianul rus Pyotr Lebedev (1866-1912), absolvent al Universităţii din Strasbourg a obţinut, în 1895, unde electromagnetice cu lungimea de ordinul milimetrilor.

Bineînţeles că cea mai cunoscută aplicaţie a microundelor este cea casnică, destinată încălzirii alimentelor. Cuptorul cu microunde, care acum este utilizat pe întreaga planetă, a pătruns în bucătăriile occidentale în anii '70, acesta fiind o incintă metalică în care se produc microunde care se reflectă de pereţii acesteia, inclusiv uşa din sticlă fiind acoperită de o plasă metalică destinată reflectării microundelor. Acestea sunt produse de un magnetron, dispozitiv inventat în 1910 de către Hans Gerdien (1877-1951) de la Siemens Corporation, realizare care a fost îmbunătăţită de mai mulţi oameni de ştiinţă până în preajma celui de-al Doilea Război Mondial, când a fost utilizat la construcţia radarelor, datorită fizicianului britanic Sir John Turton Randall (1905-1984). Magnetronul este un tub vidat, ce produce radiaţie electromagnetică neionizantă, adică nepericuloasă pentru sănătate, cu o frecvenţă, de regulă, de 2,45 GHz, echivalentul unei lungimi de undă de 12,2 cm. Lungimea de undă a luminii vizibile (cea pe care o recepţionează ochiul uman) este de circa 200 de mii de ori mai mică. Aşadar, prin comparaţie, microundele au o lungime de undă uriaşă.

În 1946, în timp ce efectua nişte experimente cu un radar, aflându-se lângă nişte noi magnetroni pe care el îi crease, Percy Spencer (1894-1970), un tip de la Raytheon (o companie producătoare de sisteme de apărare), care nu avea nici un fel de şcoală, ci numai geniu şi putere de muncă, a constatat că ciocolata cu arahide pe care o avea în buzunar s-a lichefiat, rezultând, aşa cum va spune el mai târziu, un dezastru lipicios (el trece sub tăcere, însă, reacţia soţiei sale la constatarea acestui accident fizico-radiologico-vestimentar. Oricum, cu siguranţă că mulţi operatori radar amatori de ciocolată păţiseră şi ei accidentul cu pricina, dar niciunul dintre aceştia nu sesizase legătura cu microundele, trecând, astfel, pe lângă gloria eternă). Apoi a încercat cu un ou şi apoi cu floricele de porumb. A constatat că alimentele erau supuse, în mod cert, unui proces de încălzire sub acţiunea microundelor. Anul următor a brevetat cuptorul cu microunde, care, în varianta comercială, avea 1,7m, 340 kg şi costa 5000 de dolari.

De fapt, cum funcţionează un cuptor cu microunde? Eroii principali sunt moleculele de apă care nu sunt uniforme din punct de vedere magnetic. Adică au un comportament precum al unor mici magneţi, care, sub influenţa unui câmp electromagnetic care îşi schimbă polaritatea de 2,45 miliarde de ori pe secundă, îşi modifică tot de atâtea ori poziţia, ceea ce înseamnă frecări şi, evident, căldură, care se transmite mâncării care este amplasată în centrul cuptorului, gustul şi savoarea acesteia depinzând însă exclusiv de bucătar şi nu de invenţia lui Percy Spencer.

Bineînţeles că s-au născut mai multe legende legate de cuptoarele cu microunde. Cum că ar distruge substanţele nutritive! Orice proces de preparare termică duce la o afectare a substanţelor nutritive. Cum că încălzesc mâncarea din interior spre exterior! Microundele pătrund în mâncare la o adâncime de maximum 2-2,5 cm. Restul e transfer de căldură prin conducţie şi convecţie. Cum că sunt toxice! Aşa este, pe site-urile de specialitate spunându-se că …toţi magnetronii conţin o cantitate mică de toriu amestecat cu wolfram în filamentul lor. Deşi acesta este un metal radioactiv, riscul de cancer este exclus, deoarece nu ajunge niciodată în aer în timpul utilizării normale. Numai dacă filamentul este scos din magnetron, zdrobit fin şi inhalat poate reprezenta un pericol pentru sănătate. Dar asta nu o ştiţi de la mine!

Prof. univ. dr. ing. Neculai Eugen Seghedin, cadru didactic şi prorector responsabil cu activitatea didactică la Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iaşi