En este artículo, exploraremos el funcionamiento de los hornos microondas sin mencionarlos directamente. En lugar de hablar de un video, vamos a analizar cómo produce **microondas un componente llamado magnetron**. Cuando se aplica un voltaje alto al cátodo de un magnetron, se expulsan muchos electrones a través de la emisión termoiónica.
Observemos el comportamiento de un electrón y su impacto en la cavidad. A medida que el electrón se acerca al ánodo, repela a los electrones más cercanos de la cavidad. Esto provoca **la formación de cargas positivas en la superficie**. Al mismo tiempo, **los electrones desplazados crean una superficie de cargas negativas cercanas**. Para simplificar, representaremos estas cargas de superficie con una línea de cargas.
Algo interesante sucede: automáticamente, se induce el mismo patrón de carga en todas las cavidades. Posteriormente, estas cargas distribuidas oscilan y, finalmente, producen las microondas**. Pero, ¿Cómo se inducen **cargas** en una sola cavidad y afectan a las demás cavidades?
Para encontrar la respuesta, consideremos una barra de metal **de muchas cavidades**. Supongamos que se aplica un campo eléctrico externo a esta barra. Este campo eléctrico perturba los electrones libres del metal y desarrolla cargas en las superficies de ambos extremos. Estas nuevas superficies cargadas generarán otro campo eléctrico. El desplazamiento de los electrones seguirá ocurriendo hasta que el nuevo campo eléctrico cancele exactamente el campo eléctrico externo. Esta es una propiedad fundamental del **metal**, siempre reorganiza sus electrones para asegurarse de que su campo eléctrico neto sea cero.
Ahora, examinemos un caso ligeramente diferente: una barra de metal con muchas cavidades. Supongamos que los electrones de una superficie de una cavidad se desplazan a la siguiente superficie debido a una fuerza externa. Como resultado, habrá un campo eléctrico dentro de esta cavidad. Sin embargo, ¿Qué sucede en la región metálica fuera de esta cavidad? Podemos ver que el campo eléctrico en esta región se cancela perfectamente. Un campo eléctrico cero en la región metal indica que este es un sistema estable y la introducción de cargas en la primera cavidad no tendrá ningún efecto en las cavidades restantes.
Ahora, doblando esta estructura en un cilindro, vemos un comportamiento interesante. A diferencia del caso lineal, el caso cilíndrico es diferente. La diferencia radica en que el campo eléctrico resultante producido por **las cargas negativas y positivas en un pico metálico no es cero**. Esto se debe a que las líneas de campo eléctrico producidas por esta nueva geometría curva no son exactamente opuestas; están en un ángulo.
Este ángulo significa que el simple caso de carga positiva y negativa no es una configuración estable. Como aprendimos anteriormente, el campo eléctrico dentro de cualquier metal debe ser cero. Esta condición solo es posible con la distribución de carga que se muestra aquí. Al combinar vectores podemos demostrar que todas las líneas de campo eléctrico se cancelan dentro del cuerpo metálico.
Analizaremos el concepto que acabamos de aprender utilizando el análisis de elementos finitos (FEA). Utilizaremos el software de FEA ‘EM Works’ para predecir el campo eléctrico dentro de la parte metálica. En este caso, se asignan **cargas superficiales** según la distribución de carga que predijimos en la sesión anterior.
Podemos ver que en todo el cuerpo metálico, el valor del campo eléctrico es casi cero, mientras que en la región de la cavidad hay una buena cantidad de campo eléctrico presente. Es fascinante ver cómo la física fundamental juega un papel crucial en el funcionamiento de un dispositivo tan importante.
