How big is Długość fali mikrofalowej?

Mikrofale to fale radiowe z wysokoczęstotliwościowego końca widma radiowego, o długościach od około 1 milimetra do 1 metra. Eksplorator pokazuje mikrofalę o długości fali 1 centymetra. To 10 razy więcej niż długość najkrótszej mikrofali i jedna setna długości najdłuższej, czyli bliżej krótkiego końca pasma.

Długość fali

Mikrofale, podobnie jak światło, są falami elektromagnetycznymi: falami energii elektrycznej i magnetycznej, które poruszają się razem w przestrzeni. Długość fali to odległość od jednego grzbietu do następnego. Częstotliwość fali to liczba grzbietów, które mijają dany punkt w ciągu każdej sekundy, liczona w hercach. Im krótsza fala, tym wyższa częstotliwość.

Mikrofala o długości 1 centymetra ma częstotliwość około 30 gigaherców, więc około 30 miliardów grzbietów mija dany punkt w każdej sekundzie. Occupational Safety and Health Administration (OSHA), amerykańska agencja do spraw bezpieczeństwa w miejscu pracy, definiuje mikrofale jako częstotliwości od 300 megaherców (300 milionów grzbietów na sekundę) do 300 gigaherców. Tym częstotliwościom odpowiadają fale o długości od 1 metra do 1 milimetra.

Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ITU), która koordynuje korzystanie z fal radiowych na całym świecie, nazywa pasma radiowe według długości ich fal. Pasmo 3–30 gigaherców określa jako „fale centymetrowe”, a pasmo 30–300 gigaherców jako „fale milimetrowe”. Przy 29,98 gigaherca fala o długości 1 centymetra leży na samym szczycie pasma fal centymetrowych.

Porównania rozmiarów

Dwie fale o długości 1 centymetra ułożone jedna za drugą miałyby długość nieco większą niż szerokość amerykańskiego centa, który ma 19 milimetrów średnicy.
Standardowa szklana kulka o średnicy 1,6 centymetra ma szerokość równą około 1,6 długości fali.
Kuchenki mikrofalowe wykorzystują fale o długości około 12 centymetrów, czyli 12 razy większej niż długość tej fali.
Najdłuższe fale światła widzialnego, czyli światła czerwonego, mają około 700 nanometrów długości. Nanometr to miliardowa część metra, więc mikrofala o długości 1 centymetra jest od nich około 14 000 razy dłuższa.

Do czego służą mikrofale

Kuchenka mikrofalowa wytwarza fale za pomocą lampy elektronowej zwanej magnetronem. Fale odbijają się od metalowych ścianek kuchenki i przechodzą przez szkło, papier i plastik, ale jedzenie je pochłania. Wprawiają w drgania cząsteczki wody zawarte w jedzeniu, a ten ruch wytwarza ciepło, które gotuje jedzenie.

Mikrofale przenoszą też sygnały telefoniczne i telewizyjne, a radar wykorzystuje je do wykrywania samochodów przekraczających dozwoloną prędkość. Radary meteorologiczne oparte na efekcie Dopplera śledzą za ich pomocą burze, a większość satelitów telekomunikacyjnych używa ich do wysyłania sygnałów na Ziemię. W łączności kosmicznej częstotliwości 27,5–30 gigaherców, którym odpowiadają fale o długości 1,0–1,1 centymetra, nazywa się pasmem 30 gigaherców.

Mikrofale z wczesnego Wszechświata

W 1965 roku Arno Penzias i Robert Wilson z Bell Telephone Laboratories mierzyli szumy radiowe za pomocą 6-metrowej anteny rożkowej w Holmdel w stanie New Jersey. Przy długości fali 7,35 centymetra, czyli około siedmiu razy większej niż długość fali z eksploratora, odebrali więcej szumu, niż potrafili wyjaśnić. Szum ten docierał równomiernie z każdego kierunku na niebie.

Towarzysząca publikacja fizyków z Uniwersytetu Princeton przedstawiła wyjaśnienie. Tym szumem było kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, czyli światło uwolnione, gdy Wszechświat miał około 380 000 lat. Wypełnia ono cały Wszechświat. Penzias i Wilson byli współlaureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 1978 roku „za odkrycie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła”.