Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

В нашем дорогом отечестве в эти времена также проводились самые разнообразные эксперименты в области применения электромагнитных волн СВЧ-диапазона. В основном, как и до войны, так и после нее, они были связаны с разработкой радиолокационной техники (занимались этим, конечно, и американцы, и англичане). Правда, физики занимались и другими проблемами: мазерами (а потом и лазерами), радиоастрономией и т. п. Академик П. Л. Капица (позже ставший лауреатом Нобелевской премии), отстраненный тогда от руководства созданного им института «Физпроблем» вследствие отказа заниматься атомным проектом, курируемого Берией, организовал научную лабораторию в избушке, рядом со своей дачей. Физики тут же окрестили ее «Избой Физпроблем». Одна из проблем, которой Петр Леонидович начал заниматься еще перед войной, касалась физики шаровых молний. Другой наш академик — Я. И. Френкель выдвинул «химическую» теорию шаровой молнии, но П. Л. Капица подверг ее критике, так как в этой теории не сходился энергетический баланс.

Гипотеза Капицы заключалась в том, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится извне энергия радиоизлучений в метровом и дециметровом диапазонах, производимых обычными (линейными) молниями. Сгусток плазмы возникает, по его гипотезе, в месте сложения этих волн и ведет себя как сложный открытый объемный резонатор.

Эти исследования привели его к созданию нового научного направления: «Электроника больших мощностей». П. Л. Капица полагал, что именно на этом пути лежит решение задач электроэнергетики по канализации и передаче электроэнергии на большие расстояния. В частности, был создан специальный генератор, названный «ниготроном», позволявший излучать до 8 кВт в дециметровом диапазоне спектра электромагнитных волн. В первых опытах излучение направлялось в открытое окно. Затем, по словам Петра Леонидовича, «мы поставили на пути излучения яйцо, которое мгновенно сварилось вкрутую, а присутствующий при этом академик Фок моментально съел его». Для следующего опыта был взят тонкостенный кварцевый шар диаметром 10 см, наполненный гелием при давлении 10 см ртутного столба. При облучении яркая вспышка внутри шара продолжалась несколько секунд, после чего кварцевая оболочка, несмотря на высокую температуру плавления, расплавилась…

Танцуем от печки

Цыпленок жареный,

Цыпленок пареный…

Песня

Изобретение Спенсера привело к тому, что в США появились опытные партии печей, использующих СВЧ электромагнитные колебания или микроволны (отсюда обиходное название «микроволновка») и поскольку, они родились из устройства военного назначения, то вначале их стали использовать маркитанты для быстрого разогрева солдатских пайков в многочисленной армии, рассеянной после Второй мировой войны по всему свету. Массовое производство бытовых микроволновок было налажено в Японии в 1962 году.

Основу СВЧ-печи составляет преобразователь электрической энергии, получаемой от электросети промышленной частоты (50/60 Гц) в энергию электромагнитного поля СВЧ-диапазона (например, 2,45 ГГц), локализуемую внутри специального закрытого объемного резонатора (камеры). На радиотехническом языке это устройство, в зависимости от выбранного классификационного признака, можно отнести к генератору, преобразователю частоты или активному согласующему устройству. Обычно его просто считают генератором.

Действительно, как следует из уравнений Максвелла, электромагнитная энергия, в которую на электростанциях преобразуют другие виды энергии, распространяется в виде поля на частоте 50/60 Гц в среде, окружающей провода, возбуждая ток в этих проводах, играющих роль направляющей системы. Часть энергии проникает в глубь проводников и приводит к потерям на нагрев (дополнительные потери возникают также в промежуточных преобразователях: трансформаторах и т. п.).

Задача нагрева некоторого объема вещества связана с поглощением (желательно равномерным) электромагнитной энергии и, соответственно, выделением тепла в этом объеме. Существуют три физических механизма теплопередачи: кондуктивный — теплопроводностью, конвективный — потоками вещества (например, теплого воздуха или радиоактивных частиц) и излучением (инфракрасным, СВЧ и т. п.).