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Princípio de funcionamento do microondas


O que são microondas

Chamamos de microondas as ondas eletromagnéticas com frequências desde 300 MHz (300 x 106 Hz) 300 GHz (300 x 109 Hz) e comprimentos de onda desde 1 m 1 mm. São, portanto, ondas que estão entre a região de ondas de TV e a região do infravermelho no espectro das ondas eletromagnéticas. Inicialmente as microondas foram utilizadas para a telecomunicação, como em radares e telefone.

Durante a segunda Guerra Mundial, Percy Spencer, trabalhando com radares, percebeu que uma barra de chocolate havia se derretido no seu bolso. Descobriu, assim, que as microondas têm a capacidade de aquecer alimentos, pois a energia das ondas nessa região do espectro eletromagnético corresponde à energia do movimento rotacional de algumas moléculas dipolares presentes nos alimentos, como as de água, gorduras e açúcares.

A existência de ondas eletromagnéticas foi proposta por James Clerk Maxwell em 1864, através de suas famosas equações. Em 1888 Heinrich Hertz foi o primeiro a demonstrar, experimentalmente, a existência de ondas eletromagnéticas ao construir um dispositivo capaz de produzir ondas de rádio.

Como são geradas as microondas

Para entender melhor esse fenômeno, vamos analisar três situações em que ocorre a formação de ondas:

  1. Uma barra de madeira colocada sobre a superfície da água de maneira que flutue. Ao agitá-la para cima e para baixo da superfície surgem ondas na água. Estas são ondas mecânicas.
  2. Um bastão isolante carregado eletricamente gera um campo elétrico em sua volta. Agitando-o de um lado para o outro, o campo elétrico será variável. Segundo a previsão feita por Maxwell, essa variação gera um campo magnético e, como consequência, uma onda eletromagnética.
  3. Através de um circuito elétrico formado por uma bateria, uma bobina e um capacitor interligados por condutores, temos um circuito oscilante. A variação do campo elétrico é obtida através de sucessivos processos de carga e descarga do capacitor. O capacitor carregado tem um campo elétrico entre suas placas; durante o processo de descarga, o campo elétrico diminui de intensidade e surge um campo magnético induzido e uma corrente elétrica que atravessa a bobina, gerando um campo magnético crescente. Com o capacitor totalmente descarregado, o campo elétrico é nulo e o campo magnético da bobina atinge valor máximo. Os campos elétrico e magnético oscilantes com as periódicas cargas e descargas do capacitor regeneram um ao outro, gerando ondas eletromagnéticas.

circuito oscilante capacitor, bobina, fonte

Resumindo podemos dizer: Maxwell descobriu que cargas elétricas oscilantes ou aceleradas geram ondas eletromagnéticas.

Maxwell conseguiu descrever matematicamente os problemas dos campos elétrico e magnético, descrevendo-os como ondas. Elas são oscilações periódicas emitidas por cargas oscilantes e são capazes de transportar energia de um lugar para outro.

Como são geradas as microondas

A frequência das ondas geradas pelo circuito depende das propriedades do capacitor e da bobina. O tempo de carga e descarga de um capacitor é diretamente proporcional à sua capacitância. Da mesma maneira, a quantidade de energia armazenada em uma bobina depende de sua indutância.

Circuitos ressonantes deste tipo não são apropriados para geração de ondas com frequências elevadas, na faixa de GHz, como é o caso dos fornos de microondas, que utilizam ondas com frequência de 2,45 GHz. Neste caso, as ondas são geradas por um magnétron.

A tabela abaixo mostra a denominação das bandas para a faixa de microondas.

denominação das bandas para a faixa de microondas

Como funciona o magnétron

O princípio de funcionamento do magnétron está baseado no efeito de circuitos ressonantes, conforme descrito a seguir.

O circuito ressonante tem a capacidade de gerar ondas e é formado pela ligação em paralelo de uma bobina e um capacitor. Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, um campo magnético é gerado ao seu redor. Esse campo possuirá um polo norte e um polo sul nas extremidades da bobina, exatamente como em um ímã permanente. Se o sentido da corrente que circula pela bobina for invertido, o sentido do campo magnético também inverterá e, no caso da fonte de alimentação da bobina ser desligada, o campo magnético diminuirá, gerando uma tensão na bobina a qual, durante um certo intervalo de tempo, manterá a corrente fluindo no mesmo sentido, na tentativa de impedir a diminuição do campo, preservando a energia armazenada no circuito. Esta habilidade das bobinas de armazenar energia é chamada de “indutância”.

No caso de um capacitor, que é constituído por duas placas metálicas separadas por ar, papel, óleo, mica ou outro tipo de isolante, ocorre o armazenamento de energia elétrica. Quando ligadas a uma fonte de alimentação, uma das duas placas se carregará negativamente e a outra positivamente. Existirá corrente no circuito apenas durante a carga e a descarga do capacitor. Quando ligamos uma bobina e um capacitor em paralelo, e tomando como ponto de partida um instante em que o capacitor está totalmente carregado, a corrente no circuito é nula. Imediatamente os elétrons da placa negativa do capacitor começam a fluir pela bobina, para atingir a placa positiva. Neste ponto, a corrente na bobina é máxima e a energia é armazenada na forma de energia magnética, que a carga do capacitor seja reduzida a zero. Como o capacitor não pode fornecer elétrons durante muito tempo, o fluxo de elétrons diminui. A queda da corrente resulta na redução do campo magnético, iniciando o fluxo de elétrons para carregar o capacitor com polaridade oposta à inicial. Quando o capacitor é carregado, a placa negativa do capacitor torna-se positiva e novamente a corrente se torna nula. Assim sendo, o capacitor recebe carga novamente mas, agora, através da bobina forçando um fluxo de elétrons no sentido contrário ao anterior. O campo magnético da bobina novamente aumenta, mas em sentido oposto, pois, como já sabemos, conforme mudamos o sentido da corrente, alteramos também o do campo magnético. Novamente o sentido do fluxo de elétrons inverte, enquanto a intensidade do campo magnético da bobina diminui gradativamente, porém mantendo-o o tempo suficiente para recarregar o capacitor. No instante seguinte, voltamos à situação inicial, onde o fluxo de corrente é nulo e o capacitor está carregado. A partir daí o ciclo é repetido, produzindo uma corrente alternada no circuito. Dessa maneira a carga e descarga de um capacitor e de uma bobina geram oscilações eletromagnéticas.

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