Почему предметы в микроволновке греются, а сама она нет?

natunchik

Кладём компакт-диск в микроволновку, включаем, наблюдаем красивый феерверк.
Объяснение: токи Фуко в алюминиевой подложке, ну, понятно.
Смотрим на микроволновку внимательно: внезапно её камера ограничена металлическими стенками, которые почему-то отражают микроволны, вместо того, чтобы испытывать токи Фуко и через это поглощать их.
Как так?
В том ли причина, что в толстых кусках металла тоже на самом деле токи Фуко, но они заняты тем, что отражают микроволны как бы (а вовсе не растут пока сопротивление не помешает и если сопротивление маленькое, то и энергии туда теряется мало? А в тонкой алюминиевой плёнке сопротивление огого и поэтому она перегревается срочно?
А вот как кстати тогда сеточка на дверце работает, она ж тоже наверное отражает волны, а не поглощает, как там токи текут? А как в куске металла токи текут, по всему куску одним завихрением, или там много маленьких петелек? А если кусок металла больше чем длина волны (12.5 см)?

antcatt77

Разве на границе микроволновки поле не должно в ноль (или близкое к этому) уходить? И т.к. на границе поле становится близкое к нулю, то и токи фуко по ограничивающей металической коробке бегают очень слабенькие.

lebuhoff

Камера микроволновки - это объёмный резонатор. Т.е. её конструрируют так, что бы стоячие волны формировались внутри. Соответственно, электрическое поле у поверхности стенок равно нулю и не вызывает огромных токов Фуко, см. http://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave
Про микроволновку и фольгу в ней куча понаписано, например на той же Википедии: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_oven
На счёт устройства дверок инфа дана здесь: http://technovolna.blogspot.no/2010/12/blog-post_4492.html

natunchik

Т.е. её конструрируют так, что бы стоячие волны формировались внутри. Соответственно, электрическое поле у поверхности стенок равно нулю и не вызывает огромных токов Фуко
Не понял как это.
Стоячая волна — это суперпозиция волны и её отражений от стенок. Ну вот и почему оно отражается, а не производит токи Фуко?
То есть на самом деле наверное именно так сформулированный вопрос меня и интересует: если дан кусок металла, как узнать, будет ли он отражать ЭМ волны или наоборот работать как антенна? Как вообще отражение ЭМ волн от металла работает, через токи Фуко или как?
Насчёт дверок — не, общие слова про "если размер дырки/щели меньше длины волны, то она не пролазит" мне понятны. Мне интересно _как_ она не пролазит, через отражение или поглощение? Если там есть токи Фуко, то как они выглядят, ну, в смысле, конкретно как картинка выглядит, где там эти петельки? Одна большая по всей дверце, несколько маленьких пропорциональных длине волны, куча ещё более маленьких?
Что будет если вместо сеточки с дырочками наоборот сделать не соединённые друг с другом маленькие металлические диски там где были дырочки, эта хрень продолжит не пропускать микроволны? Мне кажется, что не должна, клетка Фарадея всё ж должна быть соединена вся сама с собой наверное, но это как бы ломает объяснение насчёт тупо размера отверстий, так что что там всё-таки на самом деле происходит?

lebuhoff

Стоячая волна — это суперпозиция волны и её отражений от стенок. Ну вот и почему оно отражается, а не производит токи Фуко?
Следует помнить, что там две стенки, от которых волна отражается поочередно. Если в расстояние между стенками не укладывается целое число длин волн (т.е. волна не соответствует резонансной частоте резонатора то в результате при отражении электрическое поле у поверхности будет ненулевым и будет индуцировать токи Фуко (вызывающие потери на нагрев стенок). В результате таких многократных откражений - эта нерезонансная волна будет поглащена в стенках.
Т.е. "выживут" только те волны, которые не вызывают токи Фуко, имея нулевое электрическое поле у стенок (см. рисунок т.е. как раз волны, имеющие резонансную частоту.

 
То есть на самом деле наверное именно так сформулированный вопрос меня и интересует: если дан кусок металла, как узнать, будет ли он отражать ЭМ волны или наоборот работать как антенна? Как вообще отражение ЭМ волн от металла работает, через токи Фуко или как?
Один кусок металла, размером меньше длины волны, будет работать как откражающий волны. Что бы начал работать как антенна (или наоборот, как эффективный отражатель или фильтр то надо иметь упорядоченную структуру металлических проводников.
Помнится, в своё время я рассчитывал параметры комнатной дециметровой антенны - там строгая зависимость на расстояние между металлическими планками и на длину самих планок (если не ошибаюсь, задняя часть из них работает как "зеркало", а передняя - как резонатор-усилитель на определённый интервал частот).
То что помню их классической эдектродинамики, то, да, откражение происходит за счёт индуцированного тока в проводнике (т.е. токов Фуко). Ток индуцируется на поверхности проводника и экспоненциально убывает с глубиной (т.н. скин-эффект).
 
Насчёт дверок — не, общие слова про "если размер дырки/щели меньше длины волны, то она не пролазит" мне понятны. Мне интересно _как_ она не пролазит, через отражение или поглощение? Если там есть токи Фуко, то как они выглядят, ну, в смысле, конкретно как картинка выглядит, где там эти петельки? Одна большая по всей дверце, несколько маленьких пропорциональных длине волны, куча ещё более маленьких?
Что будет если вместо сеточки с дырочками наоборот сделать не соединённые друг с другом маленькие металлические диски там где были дырочки, эта хрень продолжит не пропускать микроволны? Мне кажется, что не должна, клетка Фарадея всё ж должна быть соединена вся сама с собой наверное, но это как бы ломает объяснение насчёт тупо размера отверстий, так что что там всё-таки на самом деле происходит?

Волна не "пролазит" за счёт отражения, иначе б она вызывала сильный нагрев дверки при полном поглощении.
Причём часть излучения пролазит через эту сетку (правда, незначительная).
В общем случае надо решать честно уравнения Максвелла, решение которых также зависит от геометрии проводников. Т.е. на вопрос "что будет" и "как будет выглядеть" - ответ будет: "Надо считать, скорее всего, численно".
По работе такие расчёты я делал в COMSOL.

Lene81

А вот как кстати тогда сеточка на дверце работает, она ж тоже наверное отражает волны, а не поглощает, как там токи текут? А как в куске металла токи текут, по всему куску одним завихрением, или там много маленьких петелек? А если кусок металла больше чем длина волны (12.5 см)?
Токи Фуко в виде петель, да. Поэтому самый простой способ их подавить — наделать дырочек, что и сделано с сеткой.

Rastreador


Как вообще отражение ЭМ волн от металла работает, через токи Фуко или как?
Добро пожаловать на физфак. Отражение и поглощение в металле характеризуется его проводимостью для данной частоты э/м волн. Полное отражение волн достигается когда проводимость бесконечность. В реале если проводимость металла большая - то поглощением можно пренебречь, почти всё отражается. Если маленькая - то ничё не отражается, всё уходит в токи Фуко. Теперь- коробка микроволновки - резонатор, естественно не идеальный, но с довольно большой добротностью. Если ты вносишь в резонатор проводники с большим сопростивлением, типа еды, воды и тп, то резонансниая частота меняется не сильно, добротность заметно уменьшается Плюс там молекулы ещё резонируют. Если ты внесёшь металлические предметы, то электрическое поле вблизи этих предметов изменится так, что возможно начнёт пробиваться воздух. Привет треду про ЛЭП. В самом меТалле возникнкт токи Фуко, так как металл не идеальный. Естественно токи Фуко не по кружочкам как представляет себе наш канадский теоретик, а по направлению электрического поля если мы размышляем в рамках классики. Потому никакая перфорация не поможет против токов фуко, а нужна чтобы было видно чё там внутри микроволновки-то. СзФФ корочи мои дорогие норвежские, американские и канадские учОние.

Rastreador

зато ты переоценил неюмор.

lena1978

а мне кажется, чтоб петли подавить, надо наоборот дырочки заделать, чтоб они гомотопны нулю были. или подавить - это в смысле доминирования?

Lene81

Выдающемуся рассейскаму учёнаму Топу из Канады советуют почитать литературку.
Вкратце:
1. в идеальном металле электрическое поле внутри 0 (экранировано токами Фуко, текущими на поверхности благодаря действию переменного магнитного поля) (Eq.~1)
2. В реальном металле присутствуют оба типа токов — индуцированные H- и E- компонентами поля, но

Recently, separated E- and
H- field heating has been performed for
the purpose of investigating the heating
mechanisms and of discriminating the heating
behaviors to fabricate new materials. In
these experiments, most commonly observed
tendency is that H-field is more effective for
heating of metals comparing with the E- field
[Ma, et al., 2007; Yoshikawa et al., 2006]

Rastreador

сам почитай, перфоратор. Очевидно что проводимость для данной частоты поля определяет доли в которых возникают компоненты токов. И соответственно нагревание.

Lene81

Очевидно что проводимость для данной частоты поля определяет доли в которых возникают компоненты токов. И соответственно нагревание.
Дарагому рассейскаму учёнаму Топу очевидно даже то, ради чего другие эксперименты ставят? :grin:

Rastreador

именно. Канадские учоние могут и палочки складывать экспериментально, чтобы убедиться, что сложение коммутативно например.

Lene81

Канадские учоние могут и палочки складывать экспериментально
Правильно, давайте БАК закроем — Топчик нам тут всё объяснит безо всяких экспириментов! :grin: Экономия-то какая будет в масштабах всей гейропки :grin:

Rastreador

сначала построй в канадке Бак-то, чтоб было чё закрывать.

natunchik

Так, прекратили гнать гонево и ответили на простой вопрос: если мы делаем Клетку Фарадея не из металлического листа с дырочками, а из кусочков металла где были дырочки, она будет работать?
То есть я взял лист плексигласса и обклеил его слоем стальных шариков из подшипников, причём все шарики покрыты непроводящим клеем и друг с другом не контактируют электрически. Это будет отражать ЭМ волны в микроволновом диапазоне?
Алсо, обесните свою заморочку про резонаторы и уход поля в ноль у стенок. Как я понимаю, это происходит потому что волны отражаются от стенок. Конечно когда отражённая волна перекрывается с входящей около стенки, там получается нулевое напряжение поля. Но, блджад, чтобы это произошло, волна должна отразиться, и я про именно это спрашиваю — как она это делает без особых потерь?

Rastreador


как она это делает без особых потерь?
надо обратиться к определению металла.

lebuhoff

Как я понимаю, это происходит потому что волны отражаются от стенок. Конечно когда отражённая волна перекрывается с входящей около стенки, там получается нулевое напряжение поля. Но, блджад, чтобы это произошло, волна должна отразиться, и я про именно это спрашиваю — как она это делает без особых потерь?
Топ уже указал (правда, несколько косвенно что отражение волны происходит за счёт переменного магнитного поля, индуцировающего электрический ток в проводнике. Т.е. при падении электромагнитной волны, у которой собственное электрическое поле равно нулю у поверхности проводника, будет иметь макисмальное переменное магнитное поле у металлической поверхности. По правилу Ленца это индуцирует вихревой ток, "противодействующий" изначальному переменному полю, вызывая отражение элетромагнитной волны. И плоскость этого вихревого тока должна быть перпендикулярна вектору магнитного поля, т.е. лежать вдоль направления распространения волны вглубь проводника.
Физический размер этого вихревого тока, думаю, определяется величиной скин-слоя - который для металлов для частот микроволновки порядка микрометра. Поэтому даже тонкая фольга отражает волны.
Т.е. потери при отражении есть из-за индуцирования этих вихревых токов посредством переменного магнитного поля, но они, полагаю, меньше, чем при возбуждении тока напрямую электрическим полем в плоскости поверхности проводника (смотреть и расписывать уравнения Максвелла мне лень :) ).
если мы делаем Клетку Фарадея не из металлического листа с дырочками, а из кусочков металла где были дырочки, она будет работать?

Думаю, что будет, но только частично, т.к. тут важно какая волна будет падать. Если у поверхности проводника электрическое поле волны будет ненулевым, то важна будет "длинность" (т.е. эффетивная площадь охвата) проводника.
Если же электическое поле волны равно нулю, то выступает отражение за счёт вихревых токов внутри и тут важнее глубина проводника.
Насколько важно иметь соединённые куски вклетке Фарадея, честно говоря, не могу сразу ответить, но думаю, что это важно для волн с ненулевым электрическим полем у поверхности, т.к. это позволяет избежать возникновения разности потенциалов на соседних металлических заплатках и диэлектрического пробоя воздуха при отражении несинфазных волн.

natunchik

Физический размер этого вихревого тока, думаю, определяется величиной скин-слоя - который для металлов для частот микроволновки порядка микрометра. Поэтому даже тонкая фольга отражает волны.
Это ты только про толщину сказал, мне же хочется представить как оно в оставшихся двух измерениях работает.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: