Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение Самарской области средняя общеобразовательная школа №10 города Кинеля городского округа Кинель Самарской области.
Индивидуальный проект (работа)
Что такое Микроволны. Микроволны в современном мире.
Выполнил : Чернов Егор Олегович,
ученик 11 «А» класса
ГБОУ СОШ № 10 г.о. Кинель
446435, Самарская область
г. Кинель, ул. 50 лет Октября, д. 25А
school10kinel@rambler.ru
Тел. 8 (84663) 6-39-10
Руководитель:
Мурзаева Ольга Александровна
учитель физики
ГБОУ СОШ № 10 г.о. Кинель
Кинель, 2021.
Оглавление
Введение 2
Основная часть 3
5. Характеристики Микроволновой печи и Wi-Fi. 6
7. Вред микроволнового излучения 7
Список литературы 15
Введение
Актуальность темы исследования обоснована самой спецификой работы. Технологии постоянно развиваются, а потому, современный мир невозможно представить без участия радиоволн, в частности микроволнового спектра. Мы постоянно используем микроволны, на работе, в быту... Они окружают и пронизывают нас и всё вокруг нас. В основном полезные свойства микроволн используют для приготовления пищи и передачи информации. Например, протоколы связи, такие как Wi-fi, работают на частотах приблизительно 2.4 МГц, что относится к микроволновому диапазону радиоволн, а из названия микроволновой печи, или попросту «микроволновки» понятно, что работает она в том же диапазоне. В этом проекте мы узнаем, что такое микроволны, как и почему они используются в повседневной жизни, разберёмся, в принципах передачи информации через Wi-fi и BlueTooth, как свободная энергия разогревает материю и чем опасна ваша микроволновка.
Цель.
Изучить максимум информации по теме, и разобраться в полезности и опасности повседневного использования микроволн.
Задачи.
1. Изучить что такое микроволны и их применение.
2. Изучить принципы работы микроволновой печи.
3. Изучить принципы работы протоколов связи, основанных на микроволнах.
4. Изучить влияние микроволн на тело человека и пищу.
Основная часть
Что такое радиоволны?
Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати, свет это часть электромагнитных волн, обладающий схожими с радиоволнами свойствами (отражение, преломление, затухание и т.д.).
Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока.
Что такое микроволны?
Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.
Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.
СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.
Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.
Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.
Почему микроволны так популярны?
Безусловно, популярность микроволн связана с их эффективностью и простотой в использовании. Для разогрева пищи теперь вовсе не обязательно тратить много времени на наблюдение за едой, достаточно просто задать нужные настройки и ждать приготовления. Нагрев происходит быстрее и требует меньших затрат при приготовлении.
Для передачи данных необязательно подключаться к другому устройству по проводу, с помощью радиоволн информацию можно передавать быстрее и практически на неограниченные расстояния. В данном случае микроволны приобретают дополнительную популярность за счёт того, что большинство людей сейчас пользуются не рациями, а смартфонами. А в них используется сотовая и спутниковая связи, основанные на микроволнах, например протокол связи 4G. Также в каждом смартфоне есть и другие протоколы передачи данных, такие как 2G, 3G, Wi-Fi, BlueTooth, GSM, GPS и другие. Все они действуют примерно в одном частотном диапазоне – микроволновом.
Передача данных через микроволны
Синий зуб (протокол BlueTooth)
Принцип действия Bluetooth основан на использовании радиоволн. При включении Bluetooth активируется радиопередатчик, который работает в ограниченном диапазоне частот в районе 2,4 ГГц. Эта часть спектра называется ISM — Industry, Science and Medicine — и используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях. После активации радиопередатчик начинает отслеживать все сигналы в этом диапазоне. Второе устройство делает то же самое. После того, как устройства обнаружили друг друга, первое берет на себя роль передатчика, а второе становится приемником. При этом данные передаются по специальному алгоритму FHSS, который обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам. Согласно этому алгоритму, частота сигнала Bluetooth скачкообразно меняется 1600 раз в секунду, перепрыгивая с одной из доступных 79 частот на другую. Последовательность переключения между частотами для каждого соединения является псевдослучайной и известна только передатчику и приёмнику, которые каждые 625 микросекунд синхронно перестраиваются с одной частоты на другую. Таким образом, если рядом работают несколько пар приёмников-передатчиков, то они не мешают друг другу. Этот алгоритм также является частью системы защиты передаваемой информации.
Перед отправкой по Bluetooth данные разбиваются на специальные блоки, именуемые пакетами, с инструкциями по составлению из них исходного файла. Процессор приемника обрабатывает пакеты, создает из них передаваемый файл и помещает его в постоянную память устройства.
При передаче цифровых данных и аудиосигнала используются различные схемы кодирования: аудиосигнал не повторяется, а цифровые данные в случае утери пакета информации передаются повторно.
Wi-Fi.
Wi-Fi – это беспроводная технология передачи данных, беспроводная локальная сеть (WLAN). В принцип работы Wi-Fi положена передача зашифрованных сигналов посредством СВЧ-волн (сверхвысокочастотные волны) на небольшие (десятки метров) расстояния. Схема сети состоит минимум из двух элементов: точка доступа и клиент.
Роутер получает трафик через сетевой кабель, преобразовывает его в радиоволны и распространяет их «по воздуху» в виде радиосигналов сверхвысокой частоты с определёнными параметрами. Приёмник «ловит» эти волны и декодирует их (расшифровывает, извлекает из них информацию, которая кодируется несущей частотой).
Алгоритмы «упаковки» данных описаны в соответствующих стандартах и отличаются от версии к версии. Аналогичным образом осуществляется и передача цифровых данных.
Характеристики Микроволновой печи и Wi-Fi.
Микроволновая печь разогревает вещества содержащие воду благодаря излучению в диапазоне 2450 МГц. Мощность такой печи может быть от 500 Вт до 2500 Вт, в среднем мы разогреваем пищу на мощности 800 Вт. Несмотря на защитный металлический экран, остаточное излучение проникает наружу.
WiFi можно перевести на русский язык как "Беспроводная Привязка". Как и микроволновая печь, WiFi работает в безлицензионном диапазоне частот 2402-2480 МГц, но имеет гораздо меньшую мощность 100 мВт. Выделенная частота разделена на 14 каналов. Печка занимает, приблизительно, 8 и 9 каналы (2447 и 2452 МГц).
В 1947 году ITM обозначил диапазон 2,4 ГГц в качестве нелицензированного спектра, специально для микроволновых печей. Эта группа обладает тремя привлекательными свойствами: она не требует большой мощности для генерации, её легко поддержать, а при относительно низкой мощности она эффективно нагревает воду. Всё это снизило стоимость и барьер входа для потребителей.
Первоначально ISM было предназначено для использования только на устройствах, которые не обеспечивают связи, однако в последующие годы нелицензированный спектр был использован например, для беспроводных телефонов, рации, беспроводного доступа в интернет. Диапазон 2,4 ГГц был идеальным с его низкой стоимостью для реализации, более низкой потребностью в мощности и приличными возможностями преодоления расстояний.
Всё, что работает в диапазонах ISM, должно быть разработано с условием защиты от помех, и устройства Wi-Fi имеют алгоритмы специально для этой цели. Тем не менее, микроволновая печь является достаточно мощным устройством, чтобы подавить любые близлежащие сигналы Wi-Fi.
Однано ни один Wi-Fi не сможет приготовить пищу. Wi-Fi и микроволновые печи используют очень похожую радиочастоту, но есть два существенных различия: направленностьимощность. Маршрутизатор Wi-Fi посылает свой сигнал всенаправленно. То есть, он посылает его во всех направлениях, насколько это возможно. Ваша микроволновая печь, с другой стороны, посылает свой сигнал в одном направлении, примерно по направлению к центру печи. Этот сигнал распространяется до стенок, от которых отражается и возвращается (под немного другим углом). Это не идеальная система, из-за природы радиоволн, и поэтому каждая микроволновая печь имеет горячие и холодные зоны. Кстати, поэтому микроволновые печки оборудованы вращающейся подставкой.
Микроволновки также используют больше энергии, чем маршрутизатор Wi-Fi; как правило, они генерируют 1000 ватт энергии. И наоборот, стандартный Wi-Fi маршрутизатор генерирует около 100 милливатт (или 0,1 ватт) мощности. Вам придется увеличить выходную мощность Wi-Fi-маршрутизатора примерно в 10000 раз и концентрировать луч, чтобы приготовить что-нибудь.
Нагревательные свойства микроволн.
Микроволновая печь или СВЧ-печь - предназначенна для быстрого подогрева или приготовления пищи, размораживания продуктов, а также используюется в производственных целях для разогрева некоторых материалов, например - клея.
Работа микроволновой печи основана на сверхвысокочастотном излучении, которое создаётся особым элементом микроволновки - магнетроном. Именно магнетрон генерирует микроволны, которые ускоряют движение молекул воды, что в свою очередь, приводит к увеличению температуры веществ.
В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не с поверхности, а по всему объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта.
Большинство бытовых СВЧ-печей работает на частоте 2450 МГц. Частота выбрана по практическим и конструктивным соображениям:
- Частота должна лежать внутри спектра поглощения воды; - Глубина проникновения радиоволн в нагреваемый объект должна лежать в районе нескольких сантиметров (чем ниже частота - тем больше глубина проникновения); - Магнетрон должен обладать приемлемыми эффективностью, стоимостью, габаритами; - Частота должна находиться в разрешенном выделенном радиодиапазоне частот (ISM).
7. Вред микроволнового излучения
В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см2. Норма составляет 10 мкВт/см2.
Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге "Мозг в электромагнитных полях" (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах.
Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях).
Воздействие микроволн на человека сводится к тепловым эффектам (локальному перегреву), проявляющимся в ожогах и катарактах. Советские учёные также отмечали психоневрологические эффекты (усталость, головная боль), причины нетеплового воздействия не изучены.
Человек может почувствовать микроволновое излучение (ощутив нагрев) при плотности мощности 20-50 мВт/см². Длительное облучение на уровне свыше 100 мВт/см² может привести к появлению катаракт и временному бесплодию. Безопасным стандарт ANSI считает уровень 10 мВт/см², предельный уровень для микроволновых печей установлен в 1 мВт/см² в пяти сантиметрах от печи. Европейский стандарт считает безопасным уровнем 10 мкВт/см² (0,01 мВт/см²) на расстоянии 50 см от печи. Российские нормы (СанПиН 2.2.4./2.1.8.055-96) следуют европейскому стандарту для населения; для персонала, обслуживающего микроволновую технику, нормы значительно выше.
Микроволновые печи на момент их изготовления соответствуют строгим стандартам, регламентирующим как излучение вне печи, так и блокировки, предотвращающие работу печи при открытой дверце. В процессе использования материалы двери изнашиваются, потому обычно существует больший предел излучения для старых печей (5 мВт/см² в стандарте ANSI). Исследования печей, эксплуатировавшихся в США в 1970 году, показали, что значительная их часть (20-30 %) излучала существенно выше предела, причём результаты сильно зависели от качества обслуживания.
В СССР тщательно изучали биологическое воздействие микроволновых печей. И в результате исследований в Советском Союзе микроволновые печи были запрещены в 1976 году. Однако во время перестройки запрет был снят. Двадцать лет исследований являются важным аргументом.
Правительством СССР было выпущено международное предупреждение о возможном биологическом и экологическом ущербе, связанным с использованием микроволновых печей и других подобных частотных электронных устройств (например, мобильных телефонов).
8. Как ещё применяются микроволны в современном мире
В век современных технологий на улице все чаще встречаются люди, которые слушают музыку по телефону, радио, магнитофону или включают телевизор слишком громко. Эти звуки отвлекают и не дают сосредоточиться на более важных делах. Какие меры можно предпринять в этом случае, как создать тихое место и при этом не конфликтуя с людьми? Ответ прост - установить ФМ-глушилку.
Другое название - подавитель FM-сигнала, который работает во всем диапазоне вещания ФМ. Частота работы варьируется от 87,5 до 108 МГц. Используют дома, на даче или в любом другом месте, где можно встретить приемники. Помогает предотвратить громкое прослушивание музыки путем отключения от частоты приема. Наиболее эффективный радиус подавления составляет от 10 до 50 м.
Дальность работы аппарата зависит от качества электромагнитного поля в месте использования, близости расположения радиовещательных датчиков, вида приемного устройства и плотности застройки (чем меньше поблизости зданий, тем лучше). Подобные схемы использовались в бывшем СССР для глушения разных передатчиков, которые транслировали запрещенную музыку или программы.
Глушилки радиосигналов всенаправленны. То есть испускают сигналы во всех направлениях точно так же, как и обычная электрическая лампочка освещает все вокруг. Именно это позволяет создавать поле подавления. Стоит отметить, что в этом поле будут глушиться все сигналы заданной частоты, так что не стоит надеяться на то, что включив глушилку сотовой связи, Вы будете единственным человеком с работающим мобильным телефоном.
FM глушилки - это оптимальный вариант избавления от надоедливых передач, которые слушают соседи. Устройство можно сделать самостоятельно или купить в специализированных магазинах. Но подобные гаджеты запрещены на территории РФ, для использования приборов необходимо получить специальное разрешение.
9. Меры предосторожности.
- Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
- Нельзя нагревать в микроволновой печи жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца — из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений нежелательно сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой.
- Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность - вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированой воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц. Чем более гладкой и однородной является внутренняя поверхность сосуда с водой, тем выше риск. Если у сосуда узкое горлышко, то велика вероятность, что в момент начала кипения перегретая вода выльется и обожжёт руки.
- Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») - даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Заключение.
В итоге работы мы узнали, что такое микроволны и радиоволны, для чего они используются в повседневной бытовой жизни и на производстве. Что такое протоколы связи Wi-Fi и BlueTooth и как по ним передаётся информация. Узнали, как энергия радиоволн разогревает пищу и чем может быть опасна простая микроволновка.
Цель, поставленная перед началом выполнения работы, достигнута. Результаты показывают, что СВЧ-печи не являются полностью безопасными. При работе микроволновой печи необходимо находится на достаточно большом расстоянии от неё.
Наименьшим излучением обладают телефоны с металлическим корпусом. Срок эксплуатации не влияет на увеличение интенсивности излучения сотового телефона, а также излучение не зависит от марки и производителя телефона.
Приложения.
Диапазоны частот радиоволн.
Внутреннее устройство микроволновой печи.
Распространение радиоволн в ионосфере.
Список литературы
Аникиев А.С. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТЕХНИКО-ТЕОРИТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1952
Мякишев Г.Я. Физика 11 Класс «Просвещение» 2019
https://webznam.ru
https://ru.wikipedia.org
https://www.youtube.com
|
Скачать 1.87 Mb.