Мікрохвилі — це радіохвилі з високочастотного краю радіочастотного спектра, їхня довжина — приблизно від 1 міліметра до 1 метра. Цей сайт показує мікрохвилю довжиною 1 сантиметр. Це в 10 разів більше за довжину найкоротшої мікрохвилі й становить соту частку довжини найдовшої, тож ця хвиля лежить ближче до короткого краю діапазону.

Довжина хвилі

Мікрохвилі, як і світло, — це електромагнітні хвилі: хвилі електричної та магнітної енергії, що поширюються простором разом. Довжина хвилі — це відстань від одного гребеня до наступного. Частота — це кількість гребенів, що минають певну точку за секунду; її вимірюють у герцах. Що коротша довжина хвилі, то вища частота.

Мікрохвиля довжиною 1 сантиметр має частоту приблизно 30 гігагерців, тож через будь-яку точку щосекунди проходить приблизно 30 мільярдів гребенів. Управління з охорони праці та здоров’я США (OSHA), американське відомство з безпеки на робочих місцях, визначає мікрохвилі як частоти від 300 мегагерців (300 мільйонів гребенів за секунду) до 300 гігагерців. Цим частотам відповідають довжини хвиль від 1 метра до 1 міліметра.

Міжнародний союз електрозв’язку (МСЕ, ITU), що координує використання радіочастот у всьому світі, називає діапазони радіохвиль за довжиною хвиль. Частоти 3–30 гігагерців він називає «сантиметровими хвилями», а 30–300 гігагерців — «міліметровими хвилями». На частоті 29,98 гігагерца хвиля завдовжки 1 сантиметр опиняється на самій верхній межі сантиметрового діапазону.

Порівняння розмірів

• Дві хвилі завдовжки 1 сантиметр, викладені в ряд встик, простяглися б трохи більше, ніж на ширину пенні США, яка становить 19 міліметрів.
• Стандартна скляна кулька діаметром 1,6 сантиметра має завширшки приблизно 1,6 довжини цієї хвилі.
• Мікрохвильові печі працюють на хвилях завдовжки приблизно 12 сантиметрів, що в 12 разів більше за довжину цієї хвилі.
• Найдовші хвилі видимого світла — червоні — мають довжину приблизно 700 нанометрів. Нанометр — це мільярдна частка метра, тож мікрохвиля довжиною 1 сантиметр приблизно в 14 000 разів довша.

Для чого використовують мікрохвилі

Мікрохвильова піч створює хвилі за допомогою електронної лампи, яку називають магнетроном. Хвилі відбиваються від металевих стінок печі та проходять крізь скло, папір і пластик, але їжа їх поглинає. Вони змушують молекули води в їжі коливатися, і тепло, що виникає від цього руху, готує страву.

Мікрохвилі також передають телефонні й телевізійні сигнали, а радіолокатори використовують їх, щоб виявляти автомобілі, які перевищують швидкість. Доплерівські метеорологічні радари з їхньою допомогою стежать за бурями, а більшість супутників зв’язку — щоб надсилати сигнали на землю. У космічному зв’язку частоти 27,5–30 гігагерців, яким відповідають хвилі завдовжки 1,0–1,1 сантиметра, відомі як діапазон 30 гігагерців.

Мікрохвилі з раннього Всесвіту

1965 року Арно Пензіас і Роберт Вілсон із Телефонних лабораторій Белла вимірювали радіошум за допомогою рупорної антени завдовжки 6 метрів у Голмделі, штат Нью-Джерсі. На довжині хвилі 7,35 сантиметра, що приблизно в сім разів більше за хвилю, показану на цьому сайті, вони зафіксували більше шуму, ніж могли пояснити. Шум надходив однаково з усіх напрямків неба.

Пояснення запропонувала супровідна стаття фізиків Прінстонського університету. Цей шум виявився космічним мікрохвильовим фоном: світлом, яке вивільнилося, коли Всесвіту було близько 380 000 років, і яке заповнює весь Всесвіт. Пензіас і Вілсон розділили Нобелівську премію з фізики 1978 року «за відкриття космічного мікрохвильового фонового випромінювання».

Джерела

• Microwaves. NASA Science, 2023.
• Anatomy of an Electromagnetic Wave. NASA Science, 2023.
• What are the Energy Range Definitions for the Various Types of Electromagnetic Radiation?. NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Center, 2021.
• Visible Light. NASA Science, 2023.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Radiofrequency and Microwave Radiation. Occupational Safety and Health Administration.
• Recommendation ITU-R V.431-8: Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications. International Telecommunication Union, 2015.
• Microwave Oven Radiation. US Food and Drug Administration, 2023.
• Coin Specifications. United States Mint, 2026.
• Tournament Rules. National Marbles Tournament.
• A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s. Penzias and Wilson, The Astrophysical Journal, 1965.
• The Nobel Prize in Physics 1978. Nobel Prize Outreach.