Mikrovågor

Tanke bakom experimenten

Vi utgår ifrån att eleverna som vi riktar oss mot har läst om ljusets vågnatur eftersom det synliga ljuset och mikrovågorna är båda elektromagnetiska vågor med olika våglängder och frekvens. Där de också är bekanta med ljusets difraktion, reflektion samt polarisation. Dessa demonstrationer skall visa att det synliga ljuset och mikrovågor har liknande egenskaper samt visa dess praktiska egenskap vilken vi nyttjar i en mikrovågsugn.

Övriga användningsområden för mikrovågor är radar och t ex satellit kommunikation.

Experiment 1 Enkelspalt

Detta experiment genomförs genom att skicka mikrovågor genom en enkelspalt med samma uppställning som i figuren. Med hjälp av en mikrovågsmätare som är fäst på en arm som utgår från en vridbar led vid spalten kan man mäta upp ett diffraktionsmönster. Vilket vi jämför med det diffraktionsmönstret som uppstår för det synliga ljuset. Mikrovågor har såpass mycket större våglängd i förhållande till synliga ljuset därför nyttjas en betydligt större spaltstorlek i förhållande till samma experiment med synligt ljus.

- Experiment 2 Dubbelspalt

se enkelspalt, byter endast ut enkelspalten mot en dubbelspalt

- Experiment 3 Gitter

se enkelspalt, byter endast ut enkelspalten mot ett gitter.

- Experiment 4 Polarisation

Nyttjar föregående uppställning, använder ett gitter istället för spalt. Då vi vrider spalten kommer vi se att intensiteten som slipper igenom spalten beter sig som en helt polariserad ljusstråle, den kommer alltså att bli helt utsläckt då gittret och strålen är 90o i förhållande till varandra. Detta kan vi jämför med synliga ljuset. Det som skiljer är som innan att mikrovågornas våglängd är så mycket större och spaltstorlek kan därför vara mycket större. Detta är anledningen varför man använder ett galler i rutan till en mikrovågsugn.

- Experiment 5 Mäta strålning utanför mikrovågsugn

Om ovanstående experiment fungerar så borde det inte indikeras några mikrovågor alls utanför en mikro. Vi provar detta genom att sätta ett glas vatten på värmning i en mikrovågsugn och mäta mikrovågsstrålningen utanför.

- Experiment 6 Reflektion

Mikrovågor reflekteras mot en stålplatta vi jämför denna reflektion med den för synligt ljus genom att nyttja tidigare uppställning men istället för spalt sätter vi dit en stålplatta och vrider mikrovågsmätaren på dess arm så att den står jämte generatorn. Vi observerar grovt hur infallsvinklar förhåller sig till utfalls vinklar, vilken kommer att fungera som synligt ljus då det reflekteras i t ex en spegel.

Detta nyttjas i mikrovågsugnar på så sätt att man har en mikrovågsgenerator som producerar mikrovågor och låter dom reflekteras i väggarna i ugnen på vilket sätt mikrovågorna kommer att stråla över varje del av det man värmer.

- Experiment 7 Värma vatten i is.

Man behöver: mikrovågsugn, en isklump med ett hål i, vatten.

Häll vatten i hålet i isklumpen, mät vattnets temperatur, och ställ in isklumpen i mikrovågsugnen.

Kör en kort stund, ta ut isklumpen med vattnet och mät temperaturen på vattnet i isklumpen.

Det som kommer att hända är att vattnet blir varmt samtidigt som isen inte smälter så mycket mer än vad den kommer att göra på grund av vattnets temperaturhöjning.

Orsaken till att vattnet i flytande form blir varmt, samtidigt som isen hålls frusen beror på att mikrovågorna får de fria vattenmolekylerna i vattnet att vibrera. Molekylerna är uppbyggda som en dipol med en positiv och en negativ ände och mikrovågornas rörelser påverkar dem till att röra sig.

Molekylvibrationen ger upphov till friktion mellan molekylerna, vilket ger värme.

I isen är molekylerna bundna i en fast fas vilket gör att de inte kan vibrera på samma sätt som de som finns i vätskefas. Ingen vibration, ingen friktion ingen värme!!

- Experiment 8 Värma vatten och olja i mikrovågsugn

Man behöver: Mikrovågsugn, två glas, matolja och vatten.

Man häller lite olja i ett glas och lite vatten i ett annat och mäter temperaturen på de två vätskorna innan man sätter in de båda glasen i mikrovågsugnen.

Kör mikron en stund, ta ut glasen och mät temperaturen på de två vätskorna.

Det visar sig att vattnet har blivit varmare än oljan. Detta beror återigen på vattnets dipolstruktur. Vattenmolekylerna börjar vibrera under inverkan av mikrovågorna, vibrationen orsakar friktion mellan molekylerna och ger upphov till värme.

Oljemolekylerna däremot är långa kedjor som inte är så rörliga och därför inte lika påverkbara av mikrovågorna.