Champmètre, amplitude d'une micro-onde

[invite0f26a9dc]

J'essaye de prévoir théoriquement l'augmentation de température d'un certain volume d'eau donné pour une certaine durée dans un four à micro-ondes (équations de l'électromagnétisme...), puis je suis censé vérifier par l'expérience. L'expérience puis sa modélisation ne pose pas trop de problèmes, c'est plutôt au niveau de l'amplitude des ondes que je bloque. Ou pourrais je trouver cette donnée ? De plus, les ondes arrivent par le haut du four, mais peut on les assimiler à des ondes planes ?

Je me suis un peu renseigné pour les champmètres, mais je sais pas du tout ou je pourrais en trouver un, et si ça me permettrait d’obtenir vraiment l’amplitude des ondes dans le MO …

Et si toutes ses considérations vous passent au dessus, vous pouvez toujours me donner des idées d'expériences rigoles (ou pas) faisant intervenir le chauffage par MO!

Merci d'avance à tous!
-----

[Jeanpaul]

Problème intéressant, rendu difficile par un certain nombre d'exigences :
- impossible de faire fonctionner le four à vide, il faut mettre une charge (bol d'eau), ce qui change évidemment la carte des champs
- impossible de laisser la porte entr'ouverte, ce qui interdit de faire sortir des fils électriques de capteurs de champ
- impossible de mettre du métal, ce qui complique l'installation de supports pour accrocher les capteurs.

Ceci dit, tu pourrais imaginer comme champmètre un petit thermomètre à alcool (juste la tige) dont le réservoir baigne dans un dé à coudre d'eau (dé en plastique évidemment). Si tu fais très attention de faire chauffer en partant d'un bol d'eau à température connue (la charge), à un endroit précis, pendant un temps connu, tu devrais pouvoir mesurer l'échauffement du petit thermomètre en fonction de son emplacement dans le four.
Ca t'oblige à fabriquer un petit support en bois ou, mieux, en plastique. Il faut être soigneux, justement parce que la charge modifie le champ.

[Tropique]

Hello

Il n'est pas possible de déduire la puissance de chauffage par une mesure ponctuelle de la valeur de champ: l'intérieur du four est une cavité non-accordée qui est soumise à un cauchemar d'ondes stationnaires dans tous les sens; il y a des endroits où le champ est énorme et d'autres où il est nul; c'est pour ça qu'il y a un plateau tourant (ou un réflecteur d'antenne tournant).
Sans cela, il y aurait des parties froides et d'autres brulées.
Une méthode plus praticable serait d'estimer la puissance effectivement lancée dans le four à partir de la puissance absorbée et du rendement du magnétron (~50%?).
Si tu veux quelques idées tu peux regarder ici (hum hum... prudence!):
http://amasci.com/weird/microwave/voltage1.html
http://margo.student.utwente.nl/el/microwave/
http://www.everist.org/special/mw_oven/index.htm
http://www.powerlabs.org/uwavexp.htm
http://www.nought.de/james.php
http://jnaudin.free.fr/html/oa_plsm2.htm
A+

[mariposa]

Hello

Il n'est pas possible de déduire la puissance de chauffage par une mesure ponctuelle de la valeur de champ:

.
Ce que JeanPaul a proposé est une sonde très petite qui mesure l'aborbtion d'énergie en 1 point et qu'il peur balader partout.5on peut s'assurer avec un calcul de perturbation que cette sonde ne modifie pas le champ dans la cavité.

l'intérieur du four est une cavité non-accordée qui est soumise à un cauchemar d'ondes stationnaires dans tous les sens; il y a des endroits où le champ est énorme et d'autres où il est nul; c'est pour ça qu'il y a un plateau tourant (ou un réflecteur d'antenne tournant).
Sans cela, il y aurait des parties froides et d'autres brulées.

.
Tout cà est vrai, mais tout est exagéré. Le pb est que la cavité n'est pas monode, mais elle n'est franchement pas multimodes non-plus. La cavité n'est pas exagéremment désaccordé sinon le magnétron ne fonctionerait pas.

Une méthode plus praticable serait d'estimer la puissance effectivement lancée dans le four à partir de la puissance absorbée et du rendement du magnétron (~50%?).

bien sur, mais ce n'est pas la réponse a la question posée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Tout cà est vrai, mais tout est exagéré. Le pb est que la cavité n'est pas monode, mais elle n'est franchement pas multimodes non-plus. La cavité n'est pas exagéremment désaccordé sinon le magnétron ne fonctionerait pas.

Si si, il y a des ondes stationnaires intenses, qui peuvent être visualisées: voir dans ce lien l'expérience du bocal sous vide partiel:
http://stefanbinder.privat.t-online.de/uWplasma.htm

Ce que JeanPaul a proposé est une sonde très petite qui mesure l'aborbtion d'énergie en 1 point et qu'il peur balader partout.5on peut s'assurer avec un calcul de perturbation que cette sonde ne modifie pas le champ dans la cavité.

Il faudrait cartographier en 3D l'intensité dans tout le volume du four, et faire la moyenne de l'ensemble; un certain boulot. En plus, je n'ai pas l'impression que le thermomètre survivrait au-delà des premières secondes de la campagne de mesures: l'alcool est polaire, mais il a une constante diéléctrique bien inférieure à l'eau et c'est lui qui absorberait donc le plus d'énergie...
A+

[Jeanpaul]

Je n'ai jamais essayé mais je dirais que si la constante diélectrique est moindre, c'est qu'il absorbe moins.
J'essaierais en noyant le thermomètre dans un petit sac rempli d'eau. Et puis, où est le risque ? Casser un thermomètre à 1 euro ?

[mariposa]

Je n'ai jamais essayé mais je dirais que si la constante diélectrique est moindre, c'est qu'il absorbe moins.

Non la constante diélectrique n'a rien a voir avec le phénomène d'absorbtion.
.
Les propriétés dielectriques (constante diélectrique) de la cavité détermine la configuration du champ.
.
Ce sont les coefficients d'absorbtion qui déterminent les propriétés....... d'absorbtion. En particulier si les coefficients d'absorbtion sont nuls il n'y a aucune perte d'énergie dans la cavité.

[Tropique]

Non la constante diélectrique n'a rien a voir avec le phénomène d'absorbtion.
.
Les propriétés dielectriques (constante diélectrique) de la cavité détermine la configuration du champ.
..

Si, la constante diéléctrique intervient dans l'impédance caractéristique du milieu. Pour le vide (l'air) c'est 377ohm, pour l'alcool c'est 77 ohm, et pour l'eau c'est 42 ohm.
La rupture d'impédance (et donc la réflection) pour une onde qui se propage dans l'air est donc presque deux fois plus grande lorsqu'elle pénètre dans l'eau que dans l'alcool. La puissance va donc se concentrer dans l'alcool.
Un phénomène similaire se passe avec les corps gras, qui ont aussi une constante plus faible que l'eau et qui chauffent plus vite que les autres fractions des aliments.
A+

[mariposa]

Si, la constante diéléctrique intervient dans l'impédance caractéristique du milieu. Pour le vide (l'air) c'est 377ohm, pour l'alcool c'est 77 ohm, et pour l'eau c'est 42 ohm.
La rupture d'impédance (et donc la réflection) pour une onde qui se propage dans l'air est donc presque deux fois plus grande lorsqu'elle pénètre dans l'eau que dans l'alcool. La puissance va donc se concentrer dans l'alcool.

.
Pas excatement., En effet c'est l'amplitude de l'onde qui va augmenter dans l'espace occupé par l'alcool, ce que tu dis tres bien. Néanmoins si le coefficient d'absorbtion de l'alcool était nul, il n'y aurait pas de dissipation de puissance[/QUOTE]

Un phénomène similaire se passe avec les corps gras, qui ont aussi une constante plus faible que l'eau et qui chauffent plus vite que les autres fractions des aliments.
A+

même commentaire que précedemment.

D'ailleurs pour comprendre le phénomène sur un cas beaucoup plus simple il suffit de prendre 2 dielectriques au sein d'un condensateur. C'est celui qui a la plus faible constante dielectrique qui encaisse le champ électrique le plus élevé. Néanmoins si les dielectriques sont parfaits, il n'y aucune dissipation de puissance!!!
.
En bref la constante dielectrique n'est en rien responsable de la dissipation . Elle controle la répartition du champ électrique dans un condensateur ou la repartition du champ électromagnétique dans une cavité micro-onde.

[Jeanpaul]

Non la constante diélectrique n'a rien a voir avec le phénomène d'absorbtion.

L'absorption est déterminée par la partie imaginaire de la constante diélectrique qui a à voir avec la variation de la partie réelle (relation de Kramers-Kronig)

[Tropique]

En bref la constante dielectrique n'est en rien responsable de la dissipation . Elle controle la répartition du champ électrique dans un condensateur ou la repartition du champ électromagnétique dans une cavité micro-onde.

En effet, la constante diéléctrique n'est pas directement responsable de la dissipation, mais un corps ayant un constante diéléctrique élevée se comportera comme un réflecteur diéléctrique. Si ce corps est tout seul dans la cavité, il finira forcément par devoir absorber toute l'énergie injectée: les parois métalliques sont des réflecteurs ~parfaits. Par contre, si d'autres corps moins réfléchissants sont présents, ils vont préférentiellement se laisser pénétrer; ensuite il faut des pertes pour dissipper une partie de cette énergie: je ne prétends pas qu'un morceau de téflon va chauffer plus que le même volume d'eau, malgré sa constante diéléctrique bien plus faible, mais eau et alcool sont des liquides polaires et le moment dipolaire de l'éthanol est comparable à l'eau, celui du méthanol étant sensiblement plus élevé.
D'ailleurs, la meilleure capacité de chauffage par µonde de l'alcool est connue dans l'industrie; en témoigne le tableau comparatif ci-aprés.

[mariposa]

En effet, la constante diéléctrique n'est pas directement responsable de la dissipation, mais un corps ayant un constante diéléctrique élevée se comportera comme un réflecteur diéléctrique. Si ce corps est tout seul dans la cavité, il finira forcément par devoir absorber toute l'énergie injectée:

Pour qu'un corps puisse absorber de l'énergie il faut qu'il y ait une transition quantique entre 2 états qui soient en résonance avec la fréquence de la cavité. Si ces niveaux n'existent pas, le corps n'absorbe rien, la cavité est sans pertes. tout onde est entièrement réfléchie (comme un métal)

[invite0f26a9dc]

L'idée du thermomètre dans un petit récipient ou un sac est interessante, mais justement c'est un peut contraire avec mon protocole. En effet si je procède ainsi, j'en déduit par cette première mesure l'amplitude de l'onde (ou alors la puissance qu'elle contient par unité de volume), puis je modélise un chauffage d'un volume quelconque, et j'en déduit par les caractéristiques du MO le temps de chauffe pour atteindre une certaine température.

Le hic c'est que dans ce procédé, toutes les expériences que je pourrai faire dans le MO ne pourrons que confirmer mes valeurs trouvées pour l'amplitude, ainsi que mon modèle, puisqu'il s'agit du même procédé !!

Je recherche donc un procédé ne faisant pas intervenir l'échauffement d'un certain V d'eau (puisque c'est justement la question que je me pose), pour confirmer ce que je vais obtenir par la methode de l'échauffement.

Et merci pour les liens !

[Tropique]

Pour qu'un corps puisse absorber de l'énergie il faut qu'il y ait une transition quantique entre 2 états qui soient en résonance avec la fréquence de la cavité. Si ces niveaux n'existent pas, le corps n'absorbe rien, la cavité est sans pertes. tout onde est entièrement réfléchie (comme un métal)

Le chauffage par µ ondes fait appel à d'autres mécanismes de pertes; la fréquence de 2.45GHz est nettement sous les premières raies d'absorption de H2O.
http://www.tan-delta.com/ch1a.html

[mariposa]

Le chauffage par µ ondes fait appel à d'autres mécanismes de pertes; la fréquence de 2.45GHz est nettement sous les premières raies d'absorption de H2O.
http://www.tan-delta.com/ch1a.html

Du point de vue quantique le mécanisme de pertes est universelle, cest toujours le résultat d'une transition d'un état initial vers un état final de plus haute énergie.

Un corps qui ne presente aucune transition à l'énergie correspond à 2.45 Ghz est sans pertes.
.
La correspondance c'est E = h.f

h est la constante de Planck.