煲机,葡萄放进微波炉的独特爆破现象——新式微波天线技术研究,大庆

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在许多的视频中,“厨房科学家”把一颗葡萄切成两半,只留下衔接两头的一小块皮,然后把它放进微波炉。几秒钟后,火花爆发。现在,物理学家以为他们知道了“火花四射”的原因。

这是一种在微波频率下的结构共振(morphology-dependent resonances(MDRs)),也是米氏共振的一种现象,即电磁波波长和微粒的半径挨近时的一种现象。葡萄的尺度和微波的波长比较挨近,微波和葡萄就会发作相互作用(near-field effects of resonant interactions),当两个葡萄靠的足够近时,在近场条件下,电磁波会合中散布在两个葡萄中心,当电磁场的能量密度足够高时,就能够发作电离,发生等离子体。

下图是葡萄和水球的光谱,能够看到钠和钾的特征线,标明发光的元素主要是葡萄中的钠和钾或许水球中的钠(水中含有 NaCl)。

电流很快经过葡萄皮,导致带电荷的电解质企图从葡萄的一半跳到另一半,并将周围的空气增压为亮堂的等离子体耀斑——与构成太阳射线和荧光灯灯火的物质的发光状况相同。

早些时候,科学家就发现,只需葡萄之间的间隔保持在3毫米以内,一对葡萄也能够发生等离子体。研讨人员说,假如葡萄能够在不带皮的情况下发生等离子体,那么所需能量有必要以另一种办法堆集。

为了验证相关假定,研讨人员将葡萄放入微波炉中,并用热相机拍下了微波炉内部改变。

热照相机视频显现,葡萄之间有一个热门,这是因为电磁能量的堆集,而非来自葡萄内部(有人猜测能量源于葡萄内部)。这让物理学家得出了一个新的解说:当两颗葡萄在微波中靠得很近时,所吸收的波在它们之间的细小空间中来回弹跳,并构成一个越来越强壮的电磁场。

研讨人员近来在美国《国家科学院院刊》上宣布陈述称,这一进程会继续下去,直到电磁场变得非常强壮,以至于它会给邻近的电解质增压,这些电解质随后会在火热等离子体的时间短爆炸中喷发出来。

这是热成像和电磁场能量密度散布,后者是经过 FEM 仿真得到的。能够看到,假如两个葡萄间隔比较远,微波在葡萄中心构成驻波,葡萄中心的电磁场密度最高,温度也最高,假如两者间隔很近,电磁场则会集散布在两个葡萄中心。

这是在两个葡萄中心放上 15 层的纸的成果,能够看到中心的灼烧痕迹显着,两边顺次递减,然后阐明这一现象并不是葡萄发热导致,而是电磁场中中心区域电离所造成的,实践上,葡萄被加热到达的温度间隔电离所需的温度(万摄氏度及以上)还差的很远。

该作业的运用远景:

该试验中,热斑区(hot spot)的尺度能够到达电磁波波长的 1/100,这为纳米光子技术展开供给了新的试验思路,比方能够规划特别的天线结构,然后完成超高空间分辩才能的微波激起和成像。除了会损坏微波炉,研讨人员称,假如运用适宜的资料,他们的发现有一天能够扩展到捕捉和会集可见光波长,用于纳米显微镜。

液体天线

天线转换成电信号的无线电波,从智能手机到雷达的移动和无线产品的重要组成部分。天线传统上由如铜,虽然有好的资料制成导电功能很难与有限的带宽,一起也是大型、 重型及贵重重新配置。

‘物联网’ 和 5 G 变得愈加实践,是天线的需求展开一种新式,它是天线的小、 通明,具有更好的可重构性比传统的金属天线。

依据以上试验剖析,水能够用作天线和潜力战胜许多的传统的金属天线所面对的问题。

这一研讨项目将聚集无线电工程专家从电气工程系、 电子 (黄教授团队) 与资料科学家在化学系 (肖教授的团队),以确认最适宜的液体资料能够用作天线。

液体将被测验的低损耗、 机械和热稳定性,是否他们能够作业在温度规模从-30 至 + 60 度 C,假如他们传递正确的频率规模 (从千赫至千兆赫),有射频和微波功率规模是 100 千瓦。

项目还将讨论怎么规划和制造紧凑和高效的液体天线的灵敏或重构中的主天线参数 (如作业频率、 辐射形式和巨细),适用于广泛的实践运用。

一名国际专家在无线电工程谁领导这项研讨,彝族黄教授说:”这种原始和革新性的办法是能够满意下一代的移动设备,和由 ‘物联网’ 供给的时机。

“这一研讨项目的方针是去展开一种新式的天线经过聚集资料科学与无线电工程的专门知识,以供给代替紧凑的可重构和/或灵敏的无线国际设备和合作电讯业的需求新知识第一步。

研讨由 EPSRC 赞助,并且还触及工业同伴 BAE 体系公司和华为。

等离子体天线

等离子体天线是指运用被电离的气体作为电磁能量传导介质的天线;等离子天线经过操控等离子体的形状和强度等参数能够对天线带宽、频率、增益和方向性等特性进行动态的重构。与传统的天线比较,等离子体天线其功率将更高、分量更轻、体积更小、尺度更短、带宽更宽。

因为等离子体天线选用气体形状传导介质,在外型和流体力学方面更具隐蔽性。西方许多国家都展开了等离子天线军事方面的研讨,其重要科研及运用远景宽广。

射频鼓励发生高密度的柱形等离子体;使用等离子体特性,当电磁波频率远小于等离子体频率时,柱形等离子体能够象金属相同反射电磁波,具有天线的功能,因而能够使用这个特色进行通讯。