Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW

Promieniowanie mikrofalowe jest fragmentem widma elektromagnetycznego zajmującego zakres częstotliwości między falami radiowymi a podczerwienią. Chociaż dokładny zakres mikrofalowy nie jest zdefiniowany, to najczęściej przyjmuje się, że zawiera się on w granicach od 300 MHz do 300 GHz. Temu zakresowi częstotliwości odpowiadają fale o długościach odpowiednio od 1 m do 1 mm.

Mikrofale kojarzą się głównie z zastosowaniami w telekomunikacji (telefonia komórkowa, Wi-Fi, telewizja satelitarna), radiolokacji i radionawigacji (radary, GPS) oraz radioastronomii (radioteleskopy). Ta grupa zastosowań korzysta z możliwości propagacji mikrofal w przestrzeni.

Druga ważna grupa zastosowań wynika z bezpośredniego oddziaływania mikrofal z materią. Efektem tego oddziaływania jest ogrzewanie się materiałów, które zachodzi na skutek polaryzacji dipolowej oraz mechanizmu jonowego. Dobrą ilustracją takiego rodzaju odziaływania jest podgrzewanie posiłków w kuchence mikrofalowej.

Polaryzacja dipolowa dotyczy związków polarnych, a więc tych, które posiadają niezerowy elektryczny moment dipolowy (np. woda, metanol, etanol). Dipole, pomimo niesymetrycznego rozłożenia ładunków elektrycznych, są elektrycznie obojętne. Jony mają natomiast swój dodatni bądź ujemny sumaryczny ładunek elektryczny. Obecność zmiennego pola elektrycznego w zakresie mikrofalowym powoduje ruch dipoli i jonów, co w rezultacie prowadzi do ogrzewania medium.

Taka bezpośrednia możliwość dostarczania energii daje potencjalną możliwość intensyfikacji wielu procesów, które są przedmiotem zainteresowań inżynierii chemicznej. W trakcie wykładu zostaną przedstawione wybrane przykłady tych zastosowań.

Na co dzień jesteśmy przyzwyczajeni do ciągłości czasu i przestrzeni. Wiemy dobrze, że pomiędzy dwoma wybranymi chwilami czasu – choćby oddalonymi od siebie o ułamek sekundy - znajduje się nieskończenie wiele chwil pośrednich. Podobnie pomiędzy dwoma wybranymi punktami w przestrzeni – choćby nawet odległymi od siebie o ułamek grubości włosa - leży nieskończenie wiele innych punktów. Jednak możemy wyobrazić sobie zupełnie inny świat, świat dyskretny. W tym świecie każdy punkt ma ściśle określonych sąsiadów – i nie oddzielają go od nich żadne inne punkty. A zjawiska toczą się leniwie w rytm uderzeń metronomu, który wyznacza jedyne możliwe chwile czasowe. Automaty komórkowe wraz z ciągle ogromnie popularną, mimo upływu prawie pięćdziesięciu lat, grą w życie są chyba najbardziej znanym przykładem układów dyskretnych. Obserwacja ewolucji tych modeli, generowanych przez nie wzorków, może dostarczyć nam wielu wrażeń estetycznych. Czy jednak stanowią one jedynie tylko „zabawkę”, nieco kojarzącą się z grami komputerowymi?

Wcale nie! Zjawiska, które pojawiają się w tak uproszczonych, dyskretnych układach, mają swoje odpowiedniki w świecie rzeczywistym. Dlatego też układy dyskretne, o bardzo prostych regułach działania, od dawna służą nam do tłumaczenia całkiem skomplikowanych zjawisk, których jesteśmy często świadkami. Jak szybko następuje mieszanie wody w zbiorniku? Jak zmienia się kształt rozwiewanych wiatrem pustynnych wydm? W którą stronę i kiedy będzie rozbudowywać się miasto? Dlaczego wybory wygrała ta partia, a nie inna? Skąd się biorą epidemie, dlaczego wygasają i w jaki sposób trzeba przeprowadzić akcję szczepień ochronnych, aby im zapobiec? To tylko niektóre z pytań, na które odpowiedzi możemy znaleźć, przyglądając się układom dyskretnym.

Na zajęciach dzieci przekonają się, że magię od nauki dzieli naprawdę niewiele – widowiskowe pokazy można wykonać, korzystając czasem nawet z przedmiotów użytku codziennego. Większość pokazów będzie można przeprowadzić samemu lub w grupach. 

Tematy prezentowanych doświadczeń:

• Jak magicznie naprawić stłuczone probówki za pomocą oleju – wykorzystanie efektu załamania światła. 
• Ping-pong z bańką mydlaną zamiast piłeczki – prezentacja napięcia powierzchniowego oraz wpływu faktury bawełny na wytrzymałość baniek. 
• Czy da się pisać baterią po kartce? – demonstracja procesu elektrolizy przy użyciu roztworu jodku potasu. 
• Jak wyczarować lawę w kuchni? – wykorzystanie tabletek musujących, barwników spożywczych oraz oleju do stworzenia efektu przypominającego lampę lawę. 
• Spalanie pieniędzy bez ich niszczenia – porównanie spalania papieru zamoczonego w roztworze alkoholu do zwykłego spalania. 
• Czy da się zrobić samolot z dwóch kubków? – wznoszenie się konstrukcji z kubeczków wprawianej w ruch obrotowy za pomocą gumki recepturki. 
• Jak filmowcy tworzą krew? – stworzenie płynu imitującego krew przy użyciu soli żelaza. 

Wszelkie doświadczenia będą przeprowadzane pod nadzorem członków Koła Naukowego Inżynierii Chemicznej i Procesowej oraz są całkowicie bezpieczne. 

Po każdym doświadczeniu zostaje wyjaśniona zasada jego działania w prosty i przystępny sposób.