МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра мвэ

6*10/9=6.7 балл

Хорошая работа, но есть пробелы.

отчет

По индивидуальному заданию №1

по дисциплине «Микроволновая электроника»

Тема: «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ»

Студент гр. 9206		Краснокутский Д. С.
Преподаватель		Иванов В. А.

Санкт-Петербург

2022

1. Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой 7,77 гГц и 9,8 гГц.

   1. До какой температуры надо нагреть абсолютно черное тело, чтобы максимум излучения был на полученных частотах?

   2. Сравните эту энергию с энергией тепловых колебаний молекул при Т=300К.

   3. Сравните эту энергию с энергией связи кластеров в воде. До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы разрушить ее кластерную структуру? чтобы ионизировать?

   4. Может ли микроволновое излучения изменить химическую структуру живой клетки? За счет чего? Сравните энергию кванта от микроволновой печи с тепловой энергией, характерной для денатурации белка.

Дано:

Выберем частоту стандарта GSM-1800 сотового оператора МТС для города Санкт-Петербург . Для стандарта 5G определим частоту , которую на данный момент использует Министерство обороны РФ [1].

Решение:

1. Найдем энергию кванта микроволнового излучения.

Формула для расчета: .

Прямо пропорциональность энергий частот излучения определяет полученную разницу, при которой энергия кванта излучения частоты стандарта GSM меньше, чем энергия кванта излучения стандарта 5G.

2. Определим температуру, до которой необходимо нагреть абсолютно черное тело для максимума излучения на заданных частотах.

Воспользуемся законом смещения Вина, суть которого заключается в факте смещения максимума спектральной испускательной способности при изменении температуры абсолютно черного тела [2, с. 10].

Математическая формулировка:

, где

Учитываем:

Получим:

3. Сравним полученную энергию с энергией тепловых колебаний молекул при Т=300К.

Определим энергию тепловых колебаний молекул:

Сравним полученные энергии:

Сравнение указывает на большое различие между энергиями кванта микроволнового излучения различных частот и энергии тепловых колебаний молекул при T=300 K.

4. Сравним полученную энергию с энергией связи кластеров в воде.

Определим энергию водородной связи в кластере воды [3, с. 5]:

Сравним полученные энергии:

Данное сравнение указывает на очевидную недостаточность полученной энергии кванта микроволнового излучения для разрушения водородной связи в кластере воды.

Найдем температуру нагрева кластера воды для разрушения водородной связи в молекуле воды:

Определим энергию ионизации воды [3]:

Найдем температуру нагрева воды для ионизации молекулы воды:

5. Оценим влияние микроволнового излучения на химическую структуру живой клетки.

Любая живая клетка на 70% состоит из воды, её ионизация приводит к образованию дефектных молекул, то есть к разрушению клетки. Также угрозу клетки представляет и разрушение водородных связей (увеличивается плотность воды, уменьшается объем) в кластере воды. Полученные значения энергии указывают на то, что квант микроволнового излучения не оказывает никакого негативного воздействия на основу клетки, то есть воду.

Также важнейшим составляющим клетки является белок (выполняющий ряд значимых биологических функций). Нарушение нативной пространственной структуры при различных воздействиях (то есть денатурация) может привести к потере белками их естественных свойств (растворимости, гидрофильности). Это негативно отразится на химической структуре живой клетки (проще говоря, клетка придет в негодность из-за разрушения связей, удерживающих белковые структуры).

Нагрев живой клетки микроволновым излучением может привести к тепловой денатурации белков, происходящей примерно при T=323 K для не термостабильных белков [4]. Данный эффект объясняется тем, за счет нагрева происходит увеличение энергии фононов биологической клетки, разрушающих химические связи. Рассчитаем тепловую энергию, характерную для денатурации белка:

Таким образом, при достаточно мощном и длительном микроволновом излучении может произойти денатурация белка, что критически скажется на функционировании клетки.

Сравним энергию кванта от микроволновой печи с тепловой энергией, характерной для денатурации белка. Частота микроволнового излучения микроволновой печи [5]. Энергия кванта микроволнового излучения:

.

В итоге, длительное воздействие излучения в микроволновой печи может привести к нагреву, за счет которого и произойдет денатурация белка.