Magnetrón

MAGNETRÓN
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Magnetrón
Julio César Chinchilla Guarín (223141)
e-mail: jcchinchillag@unal.edu.co
Universidad Nacional de Colombia-Sede Bogotá
Mayo 26 de 2010
La energía eléctrica no puede ser almacenada con la tecnología actual, por lo que es necesario que se utilice
inmediatamente o se almacene en otra forma de energía, en este caso se tratará implícitamente la conversión de energía
eléctrica a electromagnética por medio de un aparato de la industria conocido como magnetrón; este funciona cuando se
le atraviesa una corriente eléctrica al filamento y se pone una diferencia de potencial positiva en el tubo metálico que lo
rodea con respecto al filamento, los electrones que rodean al filamento después de haberse calentado empiezan a tomar
una forma de espiral alrededor del filamento debido a la interacción con el campo magnético de los imanes que rodean al
magnetrón, esto genera unas ondas electromagnéticas que tienen diferentes aplicaciones, entre las más conocidas el radar
y el horno microondas. Por lo que el presente artículo hará una breve descripción del magnetrón.
Índice de Términos—Ánodo, cátodo, ley de Ampere, onda electromagnética, diferencia de potencial, corriente eléctrica.
I. INTRODUCCIÓN
Lpor lo que hay que utilizarla inmediatamente o,
A ENERGÍA ELÉCTRICA NO SE PUEDE ALMACENAR
almacenarla de alguna otra manera; existen diferentes
tipos de energía, tales como la química, mecánica
(cinética, potencial), eléctrica, electromagnética, entre
otras. En este caso se trata implícitamente la
transformación de energía eléctrica en energía
electromagnética en forma de microondas, esto se hizo
buscando alimentar a un radar mediante una fuente radio
eléctrica potente, sólo hacia el final de los años 30 se fue
desarrollando, se logró ese objetivo y con una longitud
de onda centimétrica.
El magnetrón es un tubo electrónico tipo diodo usado
para producir la energía de microondas de 2450MHz, fue
desarrollado originalmente a partir de la válvula de
Klystron en la Universidad de Birmingham (Inglaterra)
por el profesor M. L. Oliphant, en el otoño de 1939. El
magnetrón básicamente está compuesto de un ánodo, un
cátodo (filamento), una antena y unos imanes.
II. PARTES DE UN MAGNETRÓN
EL MAGNETRÓN POSEE BÁSICAMENTE 5 PARTES ya
mencionadas, ahora serán definidas, en el momento no
será fácil de comprender qué hace cada uno, pero a
medida que va avanzando el artículo las dudas se irán
aclarando; el ánodo, también conocido como placa, es un
cilindro hueco de hierro desde el cual se proyecta un
número par de paletas hacia adentro, la figura 1 muestra
un bloque de ánodo.
Figura 1. Ánodo.
Las zonas abiertas en forma de trapezoide entre cada
una de las paletas son las cavidades resonantes que
sirven como circuitos sintonizados y determinan la
frecuencia de salida del tubo. [1]
Para que el ánodo tenga un buen funcionamiento, los
segmentos alternos deben sujetarse para que cada
segmento sea de polaridad opuesta a la de los segmentos
adyacentes; por consiguiente, las cavidades se conectan
en paralelo respecto a la salida.
El filamento, conocido también como calefactor, sirve
como cátodo en el tubo, está ubicado en el centro del
magnetrón, sostenido mediante unas puntas blindadas
dentro del tubo.
La antena es un círculo conectado con el ánodo que se
extiende por una de las cavidades sintonizadas, se acopla
a la guía de onda hacia la que transmite el microondas.
El campo magnético lo producen unos imanes
colocados en el exterior del magnetrón, de hecho
alrededor, con el objeto de que el campo magnético sea
MAGNETRÓN
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paralelo al eje del cátodo (filamento). La figura 2
muestra la sección transversal de un magnetrón.
Figura 3. Magnetrón.
IV. IMANES
Figura 2. Sección transversal de un magnetrón.
III. FUNCIONAMIENTO
LA EXPLICACIÓN DE LAS PARTES DE UN MAGNETRÓN
es confusa en algunas secciones, al hablar del
funcionamiento se busca aclarar estas dudas.
El filamento es por lo general de titanio, se le atraviesa
una corriente eléctrica, se calienta y produce una nube de
electrones a su alrededor; como se mencionó
anteriormente, el filamento está en el centro de un tubo
metálico, al cual se le aplica una diferencia de potencial
positiva con respecto al filamento, de hecho, es una alta
tensión, lo cual hace que los electrones de la nube sean
atraídos, los electrones idealmente viajarían en una
forma radial y como se están moviendo producirían un
campo magnético a su alrededor por ley de Ampere,
pero no hay que olvidar que existen unos imanes
alrededor del magnetrón, estos campos magnéticos
interactúan entre sí de tal manera que hacen que los
electrones se muevan en forma de espiral alrededor del
filamento.
Los electrones al viajar en forma de espiral producirán
unas oscilaciones de alta frecuencia en cavidades
metálicas, por lo que se generará una onda
electromagnética, la cual será perpendicular a su
desplazamiento, onda que es expulsada por un orificio
de la cavidad, el cual hace la función de guía de onda.
Hasta el momento todo se ve muy interesante, pero
hay que tener presente que los imanes alcanzan cierta
temperatura en la cual ya dejan de funcionar, esa es la
temperatura de Curie, por lo cual los magnetrones
industriales se enfrían con agua o con un sistema de
dispersión que consta de unas aspas metálicas que, por el
principio de resonancia, servirán para filtrar las ondas
electromagnéticas producidas. La figura 3 muestra como
se ve un magnetrón.
LOS IMANES DE NEODIMIO SON UTILIZADOS en los
magnetrones, su temperatura de Curie está
aproximadamente entre los 200ºC, motivo por el cual se
recomienda no trabajar a más de 80ºC, como se ha
mencionado los magnetrones industriales son
refrigerados con agua, por lo que la temperatura de
trabajo no sobrepasa de 50ºC.
Aunque sería agotador y aburrido estar utilizando el
agua como refrigerante, y más en esta época de nuestra
vida donde se busca el racionamiento de la misma, por
eso se utilizan los imanes de samario-cobalto, imanes
que tienen casi la misma fortaleza que los imanes de
neodimio, pero su temperatura de Curie está alrededor de
los 900ºC, ideales para trabajar con magnetrones.
Los problemas con los imanes de samario-cobalto
(Figura 4) son su alto precio y que son difíciles de
conseguir. Otros imanes que poseen una temperatura de
Curie alta (800ºC) son los imanes de alnico, poseen
bastante menos fuerza que los imanes de neodimio,
aunque son un poco complicados de conseguir, tienen el
gran problema de que pierden el magnetismo con el
tiempo.
Figura 4. Imanes de samario-cobalto
Las ferritas podrían ser otra opción, son fáciles de
conseguir, económicas, pero su temperatura de Curie es
de 200ºC. La figura 5 muestra dos magnetrones, uno con
imán de alnico y otro con ferrita.
MAGNETRÓN
3
4. El magnetrón debe ser un circuito cerrado para
que pueda funcionar como se espera, por
ejemplo, se ha dicho que el ánodo está
conectado en paralelo con la salida.
VII. BIBLIOGRAFÍA
[1] http://www.gallawa.com/microtech/Magnetron-
basico.html
[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Magnetr%C3%B3n
[3]http://www.cientificosaficionados.com/tbo/sputer
in
Figura 5. Magnetrones con imán de alnico y con un
toroidal de ferrita.
V. APLICACIONES
EL MAGNETRÓN TIENE ALGUNAS APLICACIONES a
nuestra vida diaria, se empezó con el radar, los
dispositivos de guía de onda están conectados con la
antena. El magnetrón funciona con pulsos muy cortos de
la tensión aplicada, dando por resultado un pulso corto
de la energía de la microonda que es irradiada.
Cuando se instalaron las primeras antenas de radares
en Inglaterra, se dieron cuenta que los gorriones cuando
pasaban cerca de las antenas salían quemados, un
ingeniero al trabajar cerca de las antenas llevaba un
chocolate en el bolsillo, después de trabajar se dio cuenta
que el chocolate se había vuelto crema, por lo que
pensaron en darle un uso doméstico, creando así el horno
microondas; las ondas son expulsadas por un orificio,
excitan las moléculas de agua de los alimentos, lo que
hace que se incremente la temperatura de los alimentos,
por eso es que los alimentos de menor temperatura de
ebullición se calientan más rápido que otros alimentos.
VI. CONCLUSIONES
1. El magnetrón es un medio por el cual se
convierte la energía eléctrica en energía
electromagnética.
2. El diseño del magnetrón varía según la
compañía que lo fabrique, pero básicamente
consta de un filamento, un ánodo, unos imanes a
su alrededor y una antena.
3. Al diseñar el magnetrón hay que tener presente
no sólo que funcione el aparato sino lo
beneficioso o lo perjudicial que puede ser para el
medio ambiente atendiendo las necesidades
actuales.
[4]http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Cavity
_magnetron
[5]http://www.sapiensman.com/ESDictionary/docs/
d2.htm