اتصال کوتاه

.

.

.

تولیدکنندگان اجاق مایکروویو در طول سال ها از چندین روش مختلف برای اندازه گیری واتاژ خروجی محصولات خود استفاده کرده اند. در آغاز، روشی که توسط تولیدکنندگان با عبارت دوپهلوی «روش سنتی» تعریف می شد، به کار گرفته می شد. بعدها، در حدود سال های 1368-1369 سر و کله ی استاندارد JIS، که کوتاه شده ی Japanese Industrial Standard است، پیدا شد. اگر با استفاده از متد اندازه گیری JIS مقدار 700 وات توان به دست می آمد، حاصل سنجش توان به «روش سنتی» 750 می بود. در سال های 1369-1370 تولیدکنندگان به استاندارد بین المللی IEC-705 روی آوردند. این رویکرد سبب بالاتر رفتن هر چه بیشتر توان مایکروفرها شد. مثلاً مدل هایی که در حالت سنتی 700 واتی حساب می شدند، با استفاده از فرمول IEC-705 به ناگهان 800 واتی از آب درمی آمدند!

برای این که جای هیچ شک و تردیدی در مورد نیروی ریزموج (مایکرویو Microwave) منتشره توسط یک مایکروفر باقی نگذاریم، آزمایش زیر را ترتیب می دهیم. در این آزمایش با دقتی مناسب توان خروجی هر اجاق مایکروویو برآورد می شود. در این آزمایش، که بر اساس روش «کالری سنجی» یا «کالری متری» (به انگلیسی Calorimetry) استوار است، فرض بر این است که ولتاژ برق شهر 220 ولت است و کمتر یا بیشتر نیست، زیرا هر نوع افت و افزایش موقتی ولتاژ می تواند متناسباً باعث ایجاد توان فرکانس بالای کمتر یا بیشتر توسط «لامپ مگنترون» مولد انرژی ریزموج شود.

.

وسایل لازم برای اجرای آزمایش:

• یک ظرف مدرّج یک لیتری غیرفلزی مناسب برای استفاده در مایکروفر،
• یک دماسنج دقیق شیشه ای یا دیجیتالی
• یک ساعت دارای عقربه ی ثانیه شمار
• قاشق چوبی کوچک

.

روش آزمایش

ظرف مدرج را با درست یک هزار میلی لیتر (یک لیتر) آب سرد لوله کشی پر می کنیم، آن را کمی هم میزنیم، سپس دمای آب را با دقت اندازه گرفته و یادداشت می کنیم. برای به دست آوردن نتیجه ی دقیق و قابل اطمینان، دمای آب باید 20 درجه ی سانتی گراد باشد.

ظرف را درست در مرکز محفظه ی پخت اجاق قرار می دهیم. توجه شود که دماسنج در آب نماند!

مایکروفر را روی بالاترین قدرت خود قرار داده و آن را به مدت 63 ثانیه روشن می کنیم. برای زمان سنجی از عقربه ی ثانیه شمارِ یک ساعت عقربه ای استفاده می کنیم و به تایمرِ خودِ اجاق توجه نمی کنیم. با دقت و سرعت عمل تمام، بلافاصله پس از گذشت زمان 63 ثانیه ایِ گرمایش آب، اجاق را خاموش می کنیم و به سرعت ظرف را بیرون آورده و کمی با قاشق چوبی آن را بهم می زنیم و با قراردادن دماسنج در آب، دمای بعد از گرم کردن آن را می خوانیم،

دمای اولیه ی آب را از این دما کم می کنیم تا مقدار افزایش دما را به دست آوریم،

برای تعیین توان خروجی ، میزان افزایش دما را در ضریب 70 ضرب می کنیم. عدد حاصل «توان واقعی و عملی مگنترون» را بر حسب وات نشان می دهد.

اما این ضریب 70 از کجا آمده است؟ در پاسخ باید گفت که این عدد یک یافته ی تجربی است که با دقت زیادی بر واقعیت منطبق است و فقط با یک ضرب ساده مقدار توان را به دست می دهد. در نتیجه، نیاز به محاسبه و یادآوری فرمول فیزیکی مربوطه را رفع می کند. اما بد نیست کمی با فیزیک این روش اندازه گیری آشنا شویم.

.

یادآوری از فیزیک دبیرستان: ظرفیت گرمایی ویژه

ظرفیت گرمایی ویژه‌ی یک ماده عبارت است از مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای واحد جرم آن ماده به میزان یک درجه‌ی سلسیوس یا کلوین. ظرفیت گرمایی ویژه‌ی آب در دمای 25 درجه ی سانتی گراد در حدود 4/2 است. فرمول زیر رابطه ی میان عوامل موثر بر تغییر دمای ماده ای که انرژی بدان داده شده را نشان می دهد:

که در آن:

Q برابر با انرژی مبادله شده  بر حسب ژول (= وات × ثانیه)

m  برابر با جرم جسم بر حسب گرم

c  ظرفیت گرمایی ویژه جسم  بر حسب ژول بر گرم×درجه سانتی گراد است  

Δt  برابر با اختلاف دما بر حسب درجه سانتی گراد است.

در صورتی که دمای آب آزمایش ما پس از 63 ثانیه گرمایش در یک مایکروفر 9 درجه سانتی گراد افزایش یابد، توان تلف شده در آن برابر است با:

هر ژول برابر یک وات × یک ثانیه است. اما مایکروفر ما 63 ثانیه روشن بوده است. برای بدست آوردن توان دستگاه باید 37800 ژول را بر 63 ثانیه تقسیم کنیم:

اگر از ضریب 70 استفاده می کردیم و آن را در میزان افزایش دما (9 درجه) ضرب می کردیم نیز با دقت 5% به همین نتیجه می رسیدیم.

.

چند کلمه در مورد کالری سنجی

کالری سنجی، کالری متری یا «گرماسنجی» بیان کننده ی اندازه گیری مقدار گرمای حاصل از فرآیندهای بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی است. در الکترونیک، کالری سنجی امکان اندازه گیری دقیق تلفات در سامانه های «الکترونیک قدرت» را به دست می دهد. همچنین از این روش در اندازه گیری توان تولیدی منابع فرکانس بالا وسیعاً استفاده می شود. به عنوان مثال اکثر «بار مصنوعی» های جایگزین آنتن که برای تست و تنظیم ها به خروجی یک فرستنده وصل می شوند، در حقیقت کالری مترهایی هستند که با آنها امپدانس خروجی تنظیم و توان فرکانس بالای آن اندازه گیری می شود. همچنین، در تنظیم مولدهای صنعتی فرکانس بالا که در صنایع فرآوری مواد نارسانا مانند مواد پلاستیکی و چوب (مولد خازنی)، و نیز آنهایی که در ذوب و ریخته گری فلزات (مولدهای القایی) مورد استفاده قرار دارند، استفاده از کالری سنج غیرقابل اجتناب است.

.

طرحی از یک کالری سنج که برای تعیین توان خروجی یک مولد فرکانس رادیویی (RF) به کار برده می شود. این کار با اندازه گیری مقدار آب در جریان و تغییر دمای آن انجام می گیرد. سیم پیچ دور مخزن آب جایگزین بار مولد فرکانس رادیویی است

.

.