Categories
Emisiune TV Tehnologie

Tehnocultura TVS 002 – Televiziunea [video]


***Nu dati cu pietre. Facuseram filmarea in SD si nu arata tocmai bine in HD, insa vom corecta in emisiunile viitoare.

Televiziunea este una dintre cele mai obișnuite tehnologii ce o folosim la momentul actual. Televiziunea ne permite să “vedem la distanță”, să urmărim evenimentele exact așa cum sunt înregistrate la mii de kilometri de noi.

Televiziune este un cuvânt creat din alăturarea termenului tele, cuvânt de semnifică “la distanță” în greaca antică și latinescul visio, adică “vedere”.

Televiziunea actuală își datorează existența a zeci de oameni care au inventat, pe rând, transmisiile radio sau prin cablu, tuburi vidate, captarea și trasmisia imaginilor.

Am avut onoarea de a-l invita in emisiune pe Adi Pascu, de la Mikado Brasov. Adi stie foarte multe lucruri din domeniul tehnologiei, motiv pentru care a creat cunoscutul lanturi de magazine de electronice Mikado.

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.

Începuturile televiziunii

Un lucru demn de menționat este faptul că fotografia, înregistrările video și audio, cinematografia, televiziunea, radio și telefonul s-au dezvoltat în aceeași perioadă, în secolul al XIX lea.

Era un lucru de așteptat ca un inventator din domeniul radiocomunicațiilor să aibă invenții și în alte domenii, cum este James Clerk Maxwell, de pildă, cu metoda celor trei culori pentru fotografie și crearea ecuațiilor undelor electromagnetice pentru fizică.

Anumite invenții create specific pentru un anumit domeniu urmau apoi a fi folosite și în alte domenii precum este filmul pe care puteau fi puse poze, dar care putea fi folosit și pentru cinematografie. Secolul XIX era un secol al oamenilor extraordinari.

Televizoarele sunt azi un lucru obișnuit, dar nu la fel a fost prin anii 1920, pe când se puneau bazele transmiterii imaginilor la distanță. Televiziunea a trecut prin două etape mari: mecanică și apoi electronică.

Adoptarea televiziunii la nivel mondial a început în 1928 în SUA, odată cu folosirea televiziunii mecanice, ca mai apoi să se folosească televizoarele cu tub catodic prin anii 30 ( 1934 – Germania, 1936 – UK, Franța, 1938 – SUA ) iar prin anii 60 televiziunea color. În 1955 Romania avea televiziune alb-negru, însă era doar în stadiul experimental. Din 1967 Europa adoptase televiziunea color ca standard iar azi circa 1.2 miliarde de locuințe de pe mapamond au cel puțin un televizor.

Primele televizoare costau $125 sau $2000 în banii de azi iar prin anii 60 deja 90% dintre americani aveau televizor. SUA a folosit o perioadă standardul NTSC (480 linii, acum folosesc digital ATSC), Europa de Vest PAL (576 linii) iar Europa de Est SECAM, acestea fiind standarde de transmisie (în UHF sau VHF) și codare a semnalelor pentru televiziunea color. În special este vorba de numărul de linii și de numărul de cadre pe secundă, diferite la cele trei standarde.

Prin anii 60 plăcile electronice ale televizoarelor foloseau tuburi cu vid iar din anii 70 s-au folosit circuitele integrate pentru prelucrarea semnalelor. Abia prin anii 80 s-au putut folosi telecomenzile pentru a schimba canalele, schimbarea canalelor fiind făcută de un tuner ce caută frecvențele posturilor TV în mod automat.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_the_introduction_of_television_in_countries
https://www.youtube.com/watch?v=YOQCA0r1PZk – BBc in 75 years
https://www.youtube.com/watch?v=lkV9ZloN2E8 – BBC slideshow (39 – 46 stopped)

Puțină istorie

Televiziunea mecanică – Paul Gottlieb Nipkow (1860 – 1940) a inventat, în 1884, primul sistem TV electromecanic ce se folosea de un disc rotativ pentru a transmite imaginile. Discul avea o serie de găuri dispuse în spirală la unghiuri egale.

Paul Gottlieb Nipkow:
img8-Paul-nipkow
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Gottlieb_Nipkow )
Acele găuri lăsau să treacă doar o mică parte din lumina ce venea de la obiectele din fața discului. Lumina de la acele găuri cădea pe o placă de seleniu care genera o cantitate de curent electric proporțională cu cantitatea de lumină. Semnalul electric era apoi transmis cu ajutorul antenelor la distanță unde un televizor avea un disc similar ce se rotea la aceeași viteză.

Televizorul prelua semnalul radio, îl convertea în semnal luminos și transmitea lumina către discul rotativ, imaginea generată apoi pe o lentilă sau ecran transparent fiind formată din linii succesive, dar relativ neclară.

Prima demonstrație practică a televiziuniii mecanice a fost făcută de către John Logie Baird ( 1888 – 1946 ) în 1925. Televizorul său forma imaginile în mișcare din 30 de linii verticale și la 5 cadre pe secundă. În 1926 și-a prezentat public invenția.

Prima imagine pe un televizor mecanic. În imagine este Oliver Hutchinson, partenerul de afaceri al lui Baird:
img12-John_Logie_Baird,_1st_Image
(sursa http://en.wikipedia.org/wiki/John_Logie_Baird )

Primul televizor mecanic – concept îmbunătățit:
img10-60llens
(sursa http://www.televisionexperimenters.com/lensdisk.html )

Iată un exemplu de televizor mecanic – video:

Iată un exemplu de televizor mecanic – imagine:
img11-1929_Baird_Televisor

(sursa http://www.talkingelectronics.com/projects/MechanicalTV/MechanicalTV-1.html )

Primele televizoare mecanice arătau ca un dulap de dimensiuni mici care aveau un vizor unde se vedeau imaginile.

Notă: Willoughby Smith (1828 – 1891) este cel ce a descoperit, în 1873, faptul că seleniul generează curent electric la contact cu lumina.

Extra:

http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Gottlieb_Nipkow
http://en.wikipedia.org/wiki/Selenium#History
http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell
http://en.wikipedia.org/wiki/Willoughby_Smith
http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_television

Televiziunea electronică

Dat fiind că televiziunea mecanică avea multe neajunsuri s-a ajuns la dezvoltarea televiziunii electronice, rol important în acest sens avându-l Manfred von Ardenne (1907 – 1997) care a prezentat, în 1931, la Berlin Radio Show, primul televizor ce se folosea de tubul catodic, atât pentru recepție, cât și pentru transmiterea imaginilor.

Manfred von Ardenne:
img13-Bundesarchiv_Bild_183-K0917-500,_Prof._Manfred_v._Ardenne
( sursa http://en.wikipedia.org/wiki/Manfred_von_Ardenne )

Televiziunea cu tub catodic era o tehnologie revoluționară la vremea respectivă și un pas mare față de televiziunea mecanică. Tubul catodic fusese inventat cu mult înainte de 1931 de către o serie de inovatori pornind de la Heinrich Geissler, cel care a creat primul tub vidat în 1855, ajungând apoi la Sir William Crookes, care, în 1878, a creat tubul Crookes și a descoperit formarea razelor catodice din acel tub.

Apoi, J.J. Thompson a descoperit în 1897 că razele catodice sunt, de fapt, fașcicole de electroni, un aspect important în functionarea unui televizor cu tub catodic.

Extra:
https://www.youtube.com/watch?v=4QAzu6fe8rE – Crookes and J.J. Thompson
https://www.youtube.com/watch?v=K-kxIP3FhCk – cum este orientat fașcicolul de electroni în interiorul tubului
http://inventors.about.com/od/cstartinventions/a/CathodeRayTube_2.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Television
http://en.wikipedia.org/wiki/Invention_of_television

În același an Ferdinand Braun a creat tubul Braun, tub cu catod rece, precursorul tubului catodic de azi iar în 1907 rusul Boris Rosing a reușit reproducerea unui semnal video pe un tub catodic afișând forme geometrice.

Un rol important în dezvoltarea televiziunii electronice l-a avut și inventatorul rus Vladimir K. Zworykin care, spre finalul anilor 20 experimentase cu tuburi catodice fierbinți pentru transmisie si receptie.

Un tub catodic precum cel folosit de Zworykin a fost folosit și de către Manfred von Ardenne. Acesta a prezentat public primul set TV în 1931 la Berlin Radio Show iar televiziunea și-a urmat cursul, tuburule catodice ajungând să fie folosite până în 2010, când s-a considerat că declinul acestora este oficial.

Motivul principal: monitoarele cu tub catodic ocupă foarte mult spațiu și sunt grele. Atunci când vrei să faci un televizor cu diagonala de 1 metru, costul acestuia ajunge să fie același cu cel al unui televizor cu LCD, dar mult mai voluminos și mai greu.

Cum funcționează televiziunea? Tuburi catodice, LCD-uri.

Pentru a transmite imagini la distanță și pentru a reda acele imagini în casele noastre avem nevoie de:
– captarea imaginilor
– transmisie
– recepție/afișare

Captarea imaginilor se face prin folosirea camerei video care transformă imaginile în semnat electric. Acel semnal electric este apoi trimis la stația de transmisie unde antena, care poate fi și o bară metalică lungă de câțiva metri, convertește semnalul electric în unde radio.

O antenă generează unde radio când sarcina electrică urcă și coboară pe acea antenă de milioane de ori, în cazul undelor FM, sau de mii de ori, în cazul undelor AM.

Odată ce semnalul radio este generat acesta poate fi “prins” cu antenele televizoarelor și reprodus pe ecranele acestora. Atunci când se recepționează unde radio are loc procesul invers: undele radio generează un curent electric la contactul cu antena. Acel curent electric este folosit de către tubul catodic pentru a afișa imaginile.

Tubul catodic

Este piesa din televizor cu cea mai lungă istorie. De la tubul vidat din 1855 și până la tubul ultraslim din 2010, tubul catodic prezenta avantajul clarității imaginii, nu avea o rezoluție nativă și puteai vedea imaginea și dacă te uitai sub un inghi, dintr-o parte.

Tubul catodic
img14-717px-Crt14
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube )

Minunăția de mai sus este compusă dintr-un tub vidat care are, în partea din spate:
– trei tunuri electronice (catodul fierbinte)
– bobine de atracție
– bobine de respingere
– anodul

Tubul catodic are în partea din fată, pe interior:
– mască de separare a fașcicolelor de electroni
– strat de fosfor cu zone verzi, roșii și albastre

Îți aduci aminte de faptul că J.J. Thompson a descoperit, în 1897, că tuburile catodice generează fașcicole de electroni? Ei bine, acele fașcicole de electroni, odată ce au fost generate de tunurile electronice vor fi trimise pe traiectorii precise de către bobinele de atracție și respingere.

Catodul fierbinte ori tunul electronic din tubul catodic este, în cele mai multe cazuri, un filament prin care trece curent electric la intensitate mare. Acest curent electric generează temperaturi de 1000 grade Kelvin, lucru ce face ca electronii să evadeze din metal și să ajungă în câmpul electric generat de tunul electronic. Odată ajunși în acel câmp electric electronii sunt accelerați la viteze mari și se deplasează în traiectorie dreaptă. Bobinele tubului catodic deviază apoi fașcicolul de electroni către stratul de fosfor de pe ecran în poziții exacte.

Tunul electronic:
img15-Egun
( sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_gun )

Cum arata tot procesul – video:
https://www.youtube.com/watch?v=Gnl1vuwjHto – CRT animatie si explicatii

Aceste tunuri electronice sunt responsabile de generarea a 60 de cadre pe secundă pe ecranul televizorului. Totul se petrece foarte repede.

Fascicol de electroni și cum se formează imaginea:
img16-2014-06-17_1349

Extra:
https://www.youtube.com/watch?v=tUWaLU73LQ8 – CRT video
https://www.youtube.com/watch?v=Gnl1vuwjHto – CRT animatie si explicatii
http://en.wikipedia.org/wiki/Cathode_ray_tube
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_gun
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermionic_emission
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_beam

Cu toate avantajele unor imagini clare create the către tuburile catodice, acestea au pierdut lupta cu ecranele LCD pentru că cele din urmă sunt mult mai ușoare, consumă mai puțină energie electrică și se pot recicla mult mai ușor decât tuburile catodice.

Dar despre ecranele LCD și succesoarele acestora vom vorbi într-o emisiune viitoare.
Ecran LCD:
img17-aoc-36-inch-LCD-screen
( sursa http://www.cravingtech.com/aoc-936sw-36-inch-green-lcd-monitor.html )

Revenind la televiziune, am văzut că transmiterea imaginilor nu este lucru ușor și că a fost nevoie de mai bine de 100 de ani de crearea tubului vidat până la punerea în practică a televiziunii color.

Ar mai fi multe de zis despre metodele de transmisie radio sau prin cablu, despre tunere, set-top boxuri, plăcile integrate din televizoare, standarde NTSC/PAL/SECAM și urmașele acestora, dar vom trata aceste lucruri în emisiuni viitoare.

Sper că am reușit să îți trezesc curiozitatea legat de unul dintre cele mai obișnuite obiecte din casele noastre. Știind puțin isotria lor, câte ceva despre tehnologia din spatele lor și știința care le-a creat, putem să le apreciem mai mult.

Stiri:

1. Apă în adâncurile Pamantului, la 700 de km în manta

http://tehgeektive.com/2014/06/13/water-inside-earths-mantle-un-freakin-believable/
http://www.newscientist.com/article/dn25723-massive-ocean-discovered-towards-earths-core.html#.U6EhtvkuvTC
http://news.ualberta.ca/newsarticles/2014/march/rare-mineral-points-to-vast-oceans-beneath-the-earth
http://en.wikipedia.org/wiki/Ringwoodite

Un rezervor de apă de trei ori mai mare decât oceanele lumii se află la 700 de km adâncime, în manta. Este ultimul loc în care te-ai aștepta să găsești apă, însă apa de la asemenea adâncimi este sub forma hidroxil HO- și este prinsă în cristale numite rindwoodite.

Rindwoodite, numite după omul de știință australia Ted Ringwood (1930–1993) sunt cristale polimorfe formate din fier, magneziu și silicați (Mg+2, Fe+2)2SiO4 .

Imagine ringwoodită:
BlueRingwoodite
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Ringwoodite )

Steve Jacobsen, de la Northwestern University in Evanston, Illinois și-a pus întrebarea dacă nu cumva am putea găsi apă în adâncurile Pământului și a folosit mai bine de 2000 de seismometere pentru a urmări undele mecanice generate de 500 de cutremure de-a lungul timpului.

Propagarea undelor mecanice create de cutremure în interiorul Pământului
img-s-1-seismic_interior
(sursa http://www.cmmp.ucl.ac.uk/~cmsg/research.html )

Cutremurele generează unde mecanice care trec inclusiv prin centru planetei astfel că, odată ce acestea au ajuns în zona cu ringwoodită, s-a observat că se deplasează mai greu, lucru care se petrece de obicei în apă.

Pentru a fi sigur că încetinirea undelor a fost provocată de apă Jacobsen a recreat condițiile prezente la 700 de kilometri adâncime și a știut exact la ce să se aștepte de la citirea rezulatelor venite de la seismografe.

Ringwoodită în stratul de separație:
img-s-2-2014-06-18_0845
(sursa http://www.nature.com/nature/journal/v479/n7374/fig_tab/479480a_F1.html )

Dat fiind că știm acum că avem apă în manta, teoria conform căreia apa a fost adusă pe pământ de comete sau asteroizi începe să fie pusă sub semnul întrebării de către comunitatea științifică.

2. S-a descoperit o stea în interiorul altei stele. Obiectele Thorne–Żytkow sunt reale

http://tehgeektive.com/2014/06/13/a-star-within-a-star-we-finally-got-to-see-this-too-a-thorne-zytkow-object/
http://en.wikipedia.org/wiki/Thorne%E2%80%93%C5%BBytkow_object
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-06/uoca-adf060414.php

Un obiect Thorne-Zitkow este o gigantă roșie care conține o stea neutronică în interiorul ei.
O gigantă roșie este stea în etapa finală a existenței sale, moment în care are un volum de miliarde de ori mai mare decât Soarele nostru.

O stea neutronică este rămășița unei stele ce a avut o masă de cel puțin 15 ori mai mare decât Soarele, dar apoi a fost distrusă de o supernovă. Este, altfel spus, o giganță roșie care a explodat. Steaua neutronică poate avea un diametru de numai 10 kilometri, dar poate conține masa a câtova Sori de-ai noștri.

O supergigantă roșie:
img-s-3-giganta-rosie-591px-Redgiants.svg
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Red_supergiant )

Atunci când combini cele două obții unul dintre cele mai ciudate corpuri cosmice care au existat vreodată. Obiectul Thorne-Zytkow a fost descoperit în steaua HV 2112, din Micul Nor Magelanic, fiind rezultatul unui sistem binar în care supergiganta roșie a înghițit steaua neutronică, aceasta ajungând sî devină noul său centru.

Cercetătorii Kip Thorne și Anna Żytkow au stabilit, în 1977, că un asemenea obiect ar putea fi recunoscut datorită concentrației de rubidiu, litiu și molibden. Cercetătorii știu că stelele pot genera aceste elemente în mod separat, dar asemenea concentrații pot exista doar în obiecte de tip Thorne-Zytkow.

Steaua a fost descoperită de Emily Levesque de la Universitatea Boulder, din Colorado, împreună cu echipa ei formată din: Philip Massey, de la Observatorul Lowell din Flagstaff, Arizona; Anna Żytkow de la Universitatea Cambridge in Anglia.și Nidia Morrell de la Observatoarele Carnegie din La Serena, Chile.

3. Palantir în lupta cu infracționalitatea

Palantir: tehnologia în lupta cu infracționalitatea


http://www.palantir.com/

Polția din Los Angeles, SUA se folosește de două componente importante pentru a lupta cu infracționalitatea: analiza big data și cititoarele de plăci de înmatriculare plasate pe unele dintre autoturismele de patrulă. Big data este un termen pentru colecții de date care nu pot fi procesate în modul clasic și ai nevoie de zeci, sute sau mii de servere pentru a le prelucra.

De big data se ocupă Palantir, un software specializat în strângerea și corelarea mulțimilor de baze de date pentru a ajuta poliția din Los Angeles în găsirea urmei făptuitorilor. Palantir face în câteva minute munca a 30 de detectivi timp ce ar lucra câteva zile.

Palantir la lucru:
img-s-6-palantir-2014-06-18_0920
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Palantir la lucru:
img-s-7-pal2-2014-06-18_0921
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Scanarea automată a plăcilor de înmatriculare permite Palantir crearea unor hărți a locurilor pe unde au circulat făptuitorii fără ca polițiștii să depună efort. Scanarea automată permite polițiștilor aflați în patrulă să identifice autoturismele date în urmărire.

Scanarea numerelor de înmatriculare:
img-s-4-licence
(sursa: CNN International Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=a2xYI9gbys0 )

Deși laitmotivul Big Brother apare în tot felul de asemenea cazuri, beneficiile tehnologiei Palantir și a scanării automate a numerelor de înregistrare sunt evidente: zile de muncă economisite, se obține o imagine de ansamblu legat de un caz anume, rapiditate, analiză în timp real.

Categories
Emisiune TV

Tehnocultura TVS 001 – Cuptorul cu microunde [video]


Află ce este cuptorul cu microunde și cum de s-a ajuns la crearea unei asemenea minunății. Nu trebuie să te temi de cuptorul cu microunde și, după ce vei urmări materialul, vei înțelege cum funcționează.

Este chiar fenomenal faptul că noi folosim susurul universului pentru a ne încălzi cafeaua.

Din transcriptul de mai jos vei înțelege, mai bine, ce este această invenție și vei putea face calcule și verificări după plac.

Am avut onoarea să îl am invitat pe domnul Ioan Abrudan, Rectorul Universității “Transilvania”, din Brașov și mi-a vorbit despre inventica la Universitate și despre Institutul de Cercetări din Brașov.

La partea de știri, acolo unde aflăm că BICEP 2 a găsit detalii despre undele gravitaționale primordiale, află că sunt șanse mari să fie vorba despre polarizarea datorată prafului intergalactic.

Cristian Român, senior editor la Știință și Tehnică, are mai multe detalii în articolul despre descoperirea BICEP2.

Dacă nu ai timp de văzut filmul, poți urmări varianta de podcast aici sau pe iTunes.

Pentru idei, corecturi, sugestii, reclamații îți stau la dispoziție în zona de comentarii sau pe canalul YouTube al TehnoCultura.

Am o precizare de făcut: episodul doi îl dăm abia 28 octombrie, după ce punem la punct câteva detalii. Apoi vom avea câte un episod săptămânal.

Transcript – Cuptorul cu microunde – 001 – S01E01

Ai auzit cumva despre pericolul de a folosi cuptorul cu microunde in casa? Ei bine, acest lucru este un mit. Dincolo de tehnologia incredibila folosita la generarea microundelor si de beneficiile practice, cuptorul cu microunde a ajuns un simbol a societatii in care traim si o amprenta a dezvoltarilor tehnologice viitoare.
Ramai cu TVS ca sa afli mai multe!

Nu demult a circulat un articol in media romaneasca legat de faptul ca apa incalzita la cuptorul cu microunde este nociva plantelor. Si daca este nociva plantelor, atunci de ce nu ar fi un pericol pentru oameni? Ei bine, acesta este un mit fara fundamente stiintifice, mai ales ca a fost incercat de multi oameni fara presupusul rezultat.

Pe scurt, mitul spune ca o fata a vrut sa afle efectul microundelor asupra apei si a plantelor si a pus apa la incalzit in cuptorul cu microunde. Apoi a lasat apa sa se raceasca si a pus-o la plante. Repetand acest experiment timp de noua zile, mitul spune ca acele plante au murit.

Acest mit a fost propagat prima oara in 2006 si mai spune ca incalzirea sangelui pentru transfuzii prin aceeasi metoda distruge ADN-ul din celule. Nimic mai gresit.

Extra:
http://www.realitatea.net/experiment-uluitor-n-o-sa-mai-folose-ti-cuptorul-cu-microunde-dupa-ce-vezi-asta_1351354.html
http://www.snopes.com/science/microwave/plants.asp
http://www.engineeringtoolbox.com/electrical-formulas-d_455.html

Dupa multe teste s-a descoperit ca acest experiment nu poate fi reprodus pentru simplul fapt ca apa, dupa ce a fost incalzita in cuptorul cu microunde si apoi racita, are exact aceleasi calitati ca inainte de incalzire.

Trebuie sa stii ca procesul de incalzire al apei la microunde nu este cu nimic deosebit de incalzirea cu flama sau cu plita electrica. De ce? Incalzirea prin flama sau incalzirea cu plita electrica se foloseste de caldura provenita de la radiatia infrarosie pentru a incalzi mancarea si de contactul direct cu materia incalzita .

Iata cu aratam noi in spectrul infra-rosu.

image22

(sursa – http://www.thermoanalytics.com/products/model_library )

Radiatia infrarosie are lungime de unda mai mica decat microundele si incalzeste obiectele fara a modifica structura moleculara a lucrurilor.

Stiai ca microundele sunt acelasi tip de unde electromagnetice pe cum sunt cele folosite la WiFi, bluetooth si telefoane mobile? Ce este diferit fata de undele folosite la telefoanele mobile sau WiFi? Puterea acestor unde! Cuptorul cu microunde are o putere de 100 W iar telefoanele au undeva pe la 2W.

Mai stiai ca microundele sunt prezente si in fondul cosmologic de radiatie, un reziduu provenit de la Big Bang, ce face ca orice punct din univers sa aiba o energie minima?

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang – ( 230 µeV : the thermal energy kBT of the cosmic microwave background )

Adica, datorita reziduurilor sub forma microundelor vidul din spatiu are o temperatura de 2.7 K, ceea ce inseamna ca nu avem vid absolut in natura si nici temperaturi de 0 K.
image00
(sursa – http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background )
Noi folosim aceleasi radiatii din imaginea de mai sus pentru a ne incalzi mancarea, dar la frecvente mai mici (2.4 GHz, nu la 160 Ghz). Intr-un fel, noi folosim susurul Universului pentru a infierbanta cafeaua. Pentru mine, acesta este un lucru fenomenal.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background, listed to song of big bang – http://www.newscientist.com/article/dn25134#.UxCicPkuuAk – youtube – https://www.youtube.com/watch?v=gJJmFnMea1Q

Inainte de a spune mai multe, hai sa aflam cate ceva despre stiinta, istoria si modul de functionare a cuptorului cu microunde. Stiind ce se intampla in acea cutie si cunoscand stiinta care este la baza acestui aparat, vei aprecia mult mai mult aceasta inventie revolutionara.

1. Ce sunt microundele?

Sunt parte a radiatiei electromagnetice, descoperite prima oara de catre Heinrich Hertz in 1887, care a creat aceste unde in mod artificial folosindu-se de ecuatiile lui James Clerk Maxwell, ecuatii create in 1861, cel care a pus fundamentul matematic al undelor electromagnetice. Hertz a creat un generator si un receptoor de unde radio si microunde cu mult inainte de a se descoperi aceste unde in mediul natural.

image21
(Heinrich Hertz- 1857 – 1894 – http://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz )
image12
(James Clerk Maxwell – 1831–1879 – http://en.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell )

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation#History_of_discovery

Microundele din aceeasi familie cu fotonii, lumina, dar cu lungime de unda mult mai mare, de la 1 mm la 1 m si cu frecvente de la 300 GHz la 300 Mhz. Cand vorbim de lungime de unda putem spune ca, daca am putea vedea microundele folosite in cuptoarele noastre, atunci ele ar fi atat de mari (distanta de 3-5 cm, sinusoida), niste valuri micute care se propaga in jurul nostru. Prin comparatie, undele luminii ar fi prea mici pentru a fi vazute in acest fel.
image17
(Sursa : http://www.google.com/patents/EP1934987A2?cl=en )

Da, microundele sunt chiar foarte mari. Ceea ce este interesant la aceste microunde este faptul ca sunt reflectate de cele mai multe suprafete opace, pe cum este metalul.
image20
(Sursa NASA – http://mynasadata.larc.nasa.gov/science-processes/electromagnetic-diagram/ )

In interiorul cuptorului aceste microunde sunt reflectate inainte si inapoi de catre peretii metalici. Acum vei intreba: dar am o usa de sticla si vrei sa zici ca microundele nu trec prin sticla?

Microundele chiar trec prin sticla, dar uita-te mai atent: vei vedea o plasa metalica cu multe gaurele. Acea plasa este suficienta incat sa reflecte microundele inapoi in cuptor. Gaurile din ea sunt prea mici pentru a lasa microundele sa treaca.

Alt lucru interesant: microundele folosite la routerele care au WiFi sau in telefoanele cu WiFi se reflecta de pe peretii din casa ta in toate directiile, dar in cuptorul cu microunde acele unde sunt orientate pe o singura directie pe care merg inainte si inapoi de multe ori.

De vreme ce undele merg inainte si inapoi de multe ori in cuptor puterea lor se amplifica foarte mult si este nevoie de un material care sa o absoarba. Apa, un material numit dielectric, este numai buna pentru ca absoarbe energia si astfel se incalzeste.

Energia din microunde, pana la spectrul vizibil, este mica, numita si non-ionizanta, cu energie intre 1.24 micro eV la lungime de unda de 1 m si 1.24 mili eV la lungime de unda de 1 mm, mult-mult mai mica decat energia necesara pentru a dezbina o molecula sau a o afecta in vreun fel, pe cum fac razele UV, X sau gamma. Energia microundelor poate doar sa incalzeasca substantele.

Din imaginea de mai jos vezi ca ai nevoie de 1000 de ori mai multa energie, adica minim 1eV, pentru a ioniza apa sau mancarea ce o pui in cuptor. Microundele sunt undeva foarte aproape de zero. :
image19
(Sursa: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg )

Asadar, pentru cei care se sperie de cuptorul cu microunde, pana acel cuptor nu genereaza macar raze UV, adica in dreapta spectrului, acolo unde ai cu rosu UV, raze X si gamma, nu ai motive sa te temi de aceasta inventie extraordinara.
image14

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Water
http://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water

Energia legaturilor chimice:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bond_energy
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_binding_energy – bun grafic cu energii de ionizare (arunca un electron de pe orbita – http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/First_Ionization_Energy.svg )- toate mai mult de 1eV iar pentru H sau O e pe la 10-15 eV iar microundele au intre 1.24 meV – 1.24 microeV – (96.485 kJ/mol = 1 eV/particle)

=> pt ionizare ai nevoie de 5 eV pt O si 13.6 eV pt H. – la fiecare el chimic cauta energia de ionizare
NU se schimba geometrial adica H-O-H nu devine O-H-H datorita legaturii chimice ( http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_bond ), care dicteaza geometria moleculelor ( http://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_geometry )
http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice_energy
http://www.wiredchemist.com/chemistry/data/bond_energies_lengths.html – H-O 459 KJ/mol (D) adica ( http://www.wiredchemist.com/chemistry/data/constant-conversion-factors)

Calcul temperatura vs lungime de unda
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wien.html – calcul lung – unda – energie – temp
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems1.html#c1 – lung unda- frecventa, de la c = v*λ
http://tehnocultura.ro/2012/10/01/este-temperatura-planck-cea-mai-mare-din-univers/

Repet: lumina UV afecteaza substantele la nivel molecular pentru ca are suficient de multa energie pentru a modifica legaturile in molecule. In consecinta razele UV pot dauna ADN-ului, dar nu microundele, tocmai de aceea cuptoare cu microunde sunt folosite si pentru incalzirea sangelui pentru transfuzii .

Extra:
UV are cca 3 eV- http://en.wikipedia.org/wiki/Electronvolt -> As an approximation: kBT is about 0.025 eV (≈ 290 K/11604 K/eV) at a temperature of 20 °C. sau 25 meV: the thermal energy kBT at room temperature; one air molecule has an average kinetic energy 38 meV iar 230 µeV: the thermal energy kBT of the cosmic microwave background)

Lucru interesant, lumina UV are lungimi de unda intre 10 nm si 400 nm, cam la fel de mult pe cum au nanoparticulele (<100nm), oricum mult mai mari ca dimensiunie decat atomii, care au dimensiuni ce variaza intre 25 si 270 picometri (10^-12) ori intre 0,025 nm si 0,27 nm (zona razelor X- http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_radius ). De altfel, razele X si gamma au energii foarte mari ( intre 10 si 33 eV - 13.6 eV: the energy required to ionize atomic hydrogen; molecular bond energies are on the order of 1 eV to 10 eV per bond ) si pot ioniza apa, adica pot sa arunce electronii din orbita atomilor ce formeaza molecula de apa. Sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_wave#Reversible_and_nonreversible_molecular_changes_from_visible_light Este important de avut in discutie si lungimile de unde comparate cu atomii sau celulele, pentru a ne face o idee legat de influenta radiatiilor UV, X sau gamma asupra celulelor ori chiar a unor molecule. UV sunt mari fata de atomi, insa suficient de mici incat pot sa afecteze ADN-ul si celulele. Microundele, care au lungimi de unde de 1000 000 de ori mai mari, nu actioneaza la nivel de celula. image09

2.Cum se incalzesc lucrurile pe calea undelor?

Radiatie non-ionizanta la 2.4GHz, de 13 000 de ori mai slaba decat UV sau X, trece prin apa pusa la cuptor iar aceasta se incalzeste datorita vibratiilor tot mai mari. Radiatia de 2.4 GHz face ca moleculele de apa sa schimbe directia de 2.4 miliarde de ori pe secunda ceea ce duce la vibratii si frecari intre molecule, lucru pe care il vedem noi in temperatura ridicata.

Temperatura unui corp este suma tuturor energiilor cinetice si potentiale ale moleculelor din acel corp. Altfel spus, este o masura a vitezei cu care vibreaza (agitatia moleculelor) sau se misca moleculele din acele corpuri. Imagine
image11

Cuptorul cu microunde se bazeaza pe procedeul de incalzire dielectrica prin care moleculele de apa (numite si dipoli) se rotesc continuu in timp ce se aliniaza la campul electromagnetic generat.

Cand auzim de dielectric sau dipol, atunci este vorba de molecule care contin o parte pozitiva Hidrogen, care cedeaza un electon pe care il pune in legatura cu partea negativa, Oxigenul. Oxigenul are loc pentru inca 2 electroni pe stratul electronic exterior asa ca imprumuta electroni de la 2 atomi de hidrogen.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_configuration – O are 8 electroni => 1s2 2s2 2p4 – imagine – http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electron_orbitals.svg
http://www.ptable.com/

Cand cuptorul functioneaza este generat un camp electromagnetic care fluctueaza astfel ca moleculele de apa sunt nevoite sa schimbe directia de rotatie de 2.4 miliarde de ori pe secunda, actiune ce le face sa se loveasca de alte molecule si astfel se distribuie energia pe care noi o percepem drept caldura.

Principiul este folosit si in crearea armelor neletale prin concentrarea microundelor pe o suprafata mica din corpul uman si incalzeste pielea foarte tare pana la o adancime de jumatate de mm.

Se folosesc raze la 95 GHz, cu o lungime de unda de 3 mm, in aparate numite active denial system, de 30 de ori mai puternice decat un cuptor cu microunde iar tot ce pot face este sa incalzeasca pielea foarte mult, dar nu afecteaza oamenii in mod iremediabil.
image18
(sursa: http://www.29palms.marines.mil/News/NewsArticleDisplay/tabid/3005/Article/141081/clb-7-trains-non-lethal-weapons.aspx )

Daca un asemenea dispozitiv nu te ucide, cu atat mai putin un cuptor cu microunde.

Extra:
Detalii: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave#Heating_and_power_application
Energie: http://en.wikipedia.org/wiki/Forms_of_energy

3. Ce este cuptorul cu microunde? istoric, oameni importanti, nivelul de azi

Imagine:
image04
(sursa : http://www.ikea.com/PIAimages/0111695_PE262620_S5.JPG )

Cuptorul este compus dintr-un magnetron, un ghid de unda si o camera de incalzire. Magentronul este un tub vidat prin care un flux de electroni care se deplaseaza intr-un camp magnetic genereaza unde electromagnetice in spectrul microundelor.

image07
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Ghidul de unda este un canal sau culoar metalic care duce de la magnetron la camera de incalzire iar camera de incalzire este o cutie metalica ce are rolul de a reflecta microundele in interiorul acesteia.

Cuptorul cu microunde a fost creat in urma testelor cu unde radio facute de Percy Spencer care a lansat pe piata primul cuptor in 1947 sub numele de Radarange. Legenda spune ca acesta avea o ciocolata in buzunar ce s-a topit in timp ce se plimba in zona unui generator radio. De acolo si pana la primele teste cu cuptoare cu unde radio care sa incalzeasca mancarea nu a fost mult.

Pin 1955 firma Tappan, SUA, crea cuptoare cu microunde pentru uz casnic, dar erau prea mari. Abia prin 1967 Amana Corporation face cuptoare cu microunde care pot fi utilizate in casa.

Printre primele generatoare de microunde au fost magnetroane care erau formate din tuburi simple iar azi sunt folosite tuburi cu mai multe cavitati.
image15
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/Cavity_magnetron )

Extra: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_oven

4. Cum functioneaza cuptorul cu microunde? de ce se roteste farfuria in cuptor?

Cuptorul cu microunde se bazeaza pe procedeul de incalzire dielectrica prin care moleculele de apa (sau oricare dipoli) se rotesc continuu aliniate fiind la un camp electromagentic oarecare. Cand cuptorul functioneaza este generat un camp electromagnetic care fluctueaza astfel ca moleculele de apa sunt nevoite sa schimbe directia de rotatie actiune ce le face sa intre in contact (sau se lovesc) cu alte molecule si astfel se distribuie energia pe care noi o percepem drept caldura.

Imagine
image05
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Apa pura nu este un bun conductor electric, dar molecula de apa este un dielectric astfel ca sub influenta unui camp electromagnetic moleculele de apa se aliniaza cu acel camp.

Extra:
http://en.wikipedia.org/wiki/Water#Chemical_and_physical_properties
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating#Mechanism
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating
image08

De ce? Pentru ca apare un mic camp electric in molecule iar sarcinile pozitive (H) se orienteaza catre sursa campului electric iar sarcinile negative (O) in partea opusa.

Incalzirea se face doar pe anumite portiuni, pe acolo unde apare fluctuatia campului electromagnetic ori pe unde unda fluctueaza:
image06
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Se creeaza o unda stationara cu noduri, loc unde nu incalzeste, si anti-noduri – puncte unde unda fluctueaza iar mancarea este incalzita.
image10
( Sursa The Engineer Guy Youtube – https://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck )

Spunem ca avem de-a face cu unde stationare daca unda este reflectata pe aceeasi directie de unde a venit astfel ca vei vedea ca mancarea va ramane mereu incalzita numai in zonele de fluctuatie.

Extra
http://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave

Levitația acustică ajută medicina


http://tehgeektive.com/2014/01/03/levitation-through-sound-now-with-3d-manipulation-video/

Tocmai de aceea farfuriile trebuie sa se roteasca in cuptor. Rotirea mancarii in cuptor asigura o incalzire uniforma. Incalzirea are loc in zona de contact iar mancarea nu este incalzita din interior catre exterior. In locul unde unda fluctueaza mancarea de incalzeste iar restul zonelor se incalzesc prin contact direct sau, alftel spus, prin conductie.

Cuptoarele sunt astfel create incat sa foloseasca radiatie cu lungime de unda care trebuie sa incapa in camera de incalzire. De obicei se alege intre 3 – 6 cm in asa fel incat sa incapa 1,5 lungimi de unda in cuptor.

Dat fiind ca metalul reflecta undele electromagnetice si pentru ca microundele folosite au lungimi de unde de ordinul centrimetrilor vei vedea ca o plasa metalica este suficienta pentru a nu da voie microundelor sa iasa din cuptor.

Extra:
– calcul microunde (si unde electromagnetice):
image16
– video: http://www.youtube.com/watch?v=kp33ZprO0Ck

– efecte adverse, daca are, si ce atentionari legate de functionare sunt de precizat?

5. Recomandari

Nu se introduce metal, nu se lasa mancarea prea mult in cuptor, se asigura ca usile sunt bine inchise.

Stiri – 1- 11 aprilie 2014
1. BICEP 2 – unde rgavitationale vazute, confirmat un model inflationar
http://stiintasitehnica.com/stiri/o-stire-importanta-despre-inceputul-universului

Telescopul BICEP-2, amplasat la Polul SUD a putut detecta polarizarea luminii provenita din momentul Big Bang in cadrul fondului cosmologic de radiatii.

Radiotelescopul, coordonat de cercetatori de la Caltech si Jet Propulsion Laboratory, din SUA, a avut misiunea de a confirma sau infirma existenta polarizarii B in lumina provenita de la Big Bang.
image02
(sursa: http://en.wikipedia.org/wiki/BICEP2 )

Se presupnea ca, in momentul Big Bang, energiile enorme ar fi determinat forta gravitationala sa creeze valuri in spatiu-timp iar acele valuri ar fi creat lumina polarizata intr-un anumit fel, numita polarizare B. Cu alte cuvinte, daca BICEP-2 confirma prezenta polarizarii B, atunci era clar ca ca vedem undele gravitationale in actiune, unde care s-au lasat destul de greu detectate.
image03
Modul B de polarizare, observat cu ajutorul instrumentului BICEP2 de la Polul Sud (Credit: CfA)

Nivelul de încredere în rezultate, sau mai tehnic spus, semnificația statistică, un parametru care poartă numele de sigma, are, în acest caz, valoarea 5, ceea ce ar însemna că există o șansă din 3,5 milioane, ca rezultatele să fie rezultatul întâmplării. În fizică, un sigma egal cu cinci semnifică faptul că avem de-a face cu o descoperire.

Datele obținute de echipa de cercetători de la CfA confirmă încă o dată teoria Big Bang-ului inflaționar. Aceasta fusese deja confirmată prin observațiile realizate de sondele spațiale WMAPși Planck.

Vor putea fi eliminate modelele de inflație care propun ca moment de start al acestui fenomen mai târziu de o trilionime de trilionime de trilionime de secundă după Big Bang.

2. Electrosocuri pentru vindecarea unor tipuri de paralizie

http://brain.oxfordjournals.org/content/early/2014/04/07/brain.awu038.full

In 2011 doctori de la Institutul National al Sanatatii din SUA au reusit sa redea capacitati motorii unui barbat Rob Summers ce a suferit de paralizie iar anul acesta inca 3 oameni au avut norocul acesta.

Prin metoda numita stimulare epidurala se pune un implant pe peretele exterior al maduvei spinarii iar acest implant face legatura intre corp si restul maduvei spinarii.

Curentul electric poate trece in ambele sensuri iar pacientul isi poate recupera o parte din miscari.
image13
(sursa http://www.nibib.nih.gov/news-events/newsroom/reawakening-spinal-cord-circuits-shows-promise-paralyzed)

3. Satelitul Enceladus al planetei Saturn are apa lichida

Sursa: https://www.youtube.com/watch?v=ao54Hxj6NI8&feature=em-uploademail

Enceladus are 500 de km in diametru si este unul dintre cei 62 de sateliti care orbiteaza planeta Saturn si are oceane ascunse sub suprafata.
image01

(sursa NASA – http://www.nasa.gov/press/2014/april/nasa-space-assets-detect-ocean-inside-saturn-moon/#.U0e16fkuuAk )

NASA si Caltech au confirmat faptul ca Enceladus are un ocean sub gheata. Inca de prin anul 2005 se presupunea ca exista un asemeena ocean cand sonda spatiala Cassini a vazut jeturi de apa iesind de printre muntii de gheata. Problema: nu se stia de unde ar putea exista o srsa de caldura care sa mentina oceanele in forma lichida.

Sonda Cassini a masurat campul gravitational al Enceladus si a descoperit ca in zona Polului Sud campul este mai puternic. Cercetatorii au stabili ca acolo se afla apa in stare lichida pe o suprafata de 82 000 km, si o adancime pe 10 km sub o crusta de gheata de 30 – 40 de kilometri.

Daca avem apa acolo,atunci exista sansa de a exista si viata, mai specific microorganisme extremofile. Un alt candidat al vietii in sistemul solar este satelitul Europa al planetelei jupiter despre care se crede ca ar contine tot un asemenea ocean lichid.

Categories
Podcasts

Tehnocultura 001: TVS – Cuptorul cu microunde

Cuptorul cu microunde – Episod difuzat la TVS in data de 14 oct 2014, orele 20:30.

Ce este cuptorul cu microunde? Este nociv? Cum functioneaza? Cum s-a ajuns la crearea unui asemenea aparat? Afla mai multe din filmul de mai sus si din transcriptul acestuia publicat pe tehnocultura.ro:

Interviu cu Domnul Ioan Abrudan, Rector Universtitatea “Transilvania” Brasov despre inventii si inovatie la Brasov si despre lansarea Institutui de Cercetari.

Subscribe in iTunes

Categories
Stiinta Tehnologie

Folosește-ți creierul pe post de antenă


Există o serie de filme pe Youtube care arată că dacă pui cheia de la mașină la nivelul capului, atunci mărești raza de acțiune a telecomenzii. Profesorul Roger Bowley, de la Universitatea din Nottingham, Marea Britanie, ne arată cum funcționează fenomenul și ne explică secretul.

Deși ai crede că rolul de antenă sau ghid de undă ar fi luat de către cavitatea craniană, iată că bunul profesor ne explică faptul că apa din creierul nostru acționează ca un fel de antenă radio atunci când punem cheile de la mașină la tâmplă.

Apa este un dielectric în sensul că, în prezența unui câmp electromagnetic, pe cum sunt undele radio la 300 MHz de la cheile auto, moleculele de apă încep să se alinieze cu acest câmp și se rotesc foarte mult. Pe lângă faptul că apa se încălzește în felul acesta (foarte puțin, totuși) avem de-a face și cu sarcini electrice care se plimbă de colo-colo în creier.

În cazul nostru, cheia de la mașină determină apariția unui câmp electromagentic în creier din cauza apei, câmp electromagnetic care mărește raza de acțiune inițială a telecomenzii auto.

La fel, dacă iei un bidon de apă vei constata că îl poți folosi pentur amplificarea semnalului. Iată că acum știi cum să îți găseșți mașina mai ușor.

Categories
Tehnologie

Scurtă incursiune în istoria radioului

S-a știut despre undele radio încă din secolul al XIX -lea (Heinrich Hertz, 1887), dar abia prin vremea Primului Război Mondial s-a ajuns la modele comerciale. Prin anii 20 Marea Britanie avea deja câteva stații de transmisie iar în SUA era deja o cursă a “înarmării” cu asemenea stații.