Fonctionnement et modification du blindage d'un micro-onde

[Bapt]

Bonjour,

Des tests à petite échelle (10-40ml) de réactions chimiques dans un micro-onde, comme des estérifications et addition/élimination, ont conduit à des résultats probants après des temps très courts et sans agitation particulière. Par exemple, un mélange stœchiométrique d'acide acétique avec du butan-1-ol, plus quelques gouttes d'acide sulfurique, conduit à l'acétate de butyle peu chargé en impuretés, un simple lavage à l'eau suffit. Cela est remarquable, car on utilise simplement un bécher avec un temps de réaction très bref.
Mais le système est perfectible, j'aimerais beaucoup avoir la possibilité de faire passer une colonne en verre pour relier l'intérieur et l'extérieur du micro-onde, de sorte à pouvoir faire des réactions dans des montages plus aboutis (reflux, addition de réactif, distillation etc) et donc d'éviter que les produits chauds (souvent ) s'évapporent dans l'enceinte du micro-onde.
Donc, pour poursuivre mes expériences, je souhaiterais faire un trou sphérique dans le boîtier métallique supérieur du micro-onde, ce qui nuit évidemment au blindage électromagnétique. La longueur d'onde des micro-ondes est de 12-14cm (les chiffres que j'ai trouvés varient un peu). Il y a peu de sujets de discussions dans l'internet français et anglais sur "les trous dans les micro-ondes", mais il semble en ressortir qu'un trou de 1/4 de la longueur d'onde (donc 3cm) et plus laisse s'échapper une partie, non quantifiée, des ondes électromagnétiques. Je ne comprends pas ce coefficient de 1/4 de la longueur d'onde, est-il correct? D'où vient-il? J'aurais bien besoin d'une explication du phénomène ou d'indication vers des ressources à consulter.

Ensuite, pour limiter la perte d'onde vers l'extérieur, je me demande quel blindage concevoir. Je pourrais envelopper la partie extérieur de la colonne dans un treillis métallique mis à la terre, pour qu'un maximum d'onde soit réfléchi de multiples fois dans la colonne jusqu'à ressortir d'un côté ou de l'autre. Ou peut être mieux, utiliser un entonnoir industriel en acier (partie large contre le haut du micro-onde, traversé par la colonne) mis à la terre de sorte à ce que les ondes soient plus réfléchies vers le bas et retournent dans la cage du micro-onde. Est-ce plausible? Peut-on mieux faire avec des moyens simples?

Autrement, le micro-onde est calibré pour exciter les molécules d'eau, mais peut-on prédire quel efficacité d'excitation il aura sur une molécule d'une autre structure, comment prédire si la fréquence du micro-onde est ajustée à celle d'une molécule?

Merci pour votre aide!

[darrigan]

Bonsoir,

En fait, tu as la réponse en regardant l'intérieur de ton four pendant qu'il fonctionne

La porte compote un blindage dont les petit trous sont suffisamment grand pour voir à l'intérieur, mais suffisamment petits pour bloquer les micro-ondes. Tu remarques que ces trous sont de l'ordre du millimètre.
Je ne sais pas d'où vient la règle du 1/4 de longueur d'onde... j'ai toujours entendu dire qu'il fallait des trous 100 fois plus petits que la longueur d'onde pour la protection soit efficace, soit ici 1 mm environ. Il te suffirait donc d'entourer tout ton montage d'une grille métallique avec des trous de diamètre inférieur ou égal à ceux de la porte du four, et que cette grille soit parfaitement soudée au reste de la carcasse sur tout le contact.

J'utilise le conditionnel, car bien sûr, c'est à tes risques et périls ! Je ne voudrais pas être responsable de ta tête cuite de l'intérieur.
Et aussi, oui, attention aux substances inflammables : les microondes pourraient déclencher leur combustion en mélange avec l'air contenu dans le four. Ce qui pourrait exploser. Extincteur à proximité et disjoncteur pour arrêter le four à distance en cas de soucis.

La question que tu poses au sujet de la fréquence, je me la suis posée il y a quelques années. En effet, les fours de cuisine sont optimisés pour l'excitation de la molécule d'eau (2,45 GHz). Idem pour les four micro-onde de laboratoire... Mais quand le solvant est autre, la fréquence pourrait être optimisée autrement théoriquement, on pourrait calculer la fréquence de rotation d'une molécule d'un autre solvant, et utiliser cette fréquence pour optimiser le transfert d'énergie quand on opère dans cet autre solvant. Il faudrait pour cela un magnétron ajustable en fréquence, ce qui n'est pas le cas des magnétrons des fours classiques, car ils sont fabriqué en série pour 2,45 GHz.

Au fait, sur le wiki voir : https://wiki.scienceamusante.net/index. ... icro-ondes

[Bapt]

Merci pour ta réponse détaillée.
Comme tu le dis, le grillage entre les verres de la porte permet d'arrêter les micro-ondes, mais je nourrissais l'hypothèse qu'un maillage beaucoup plus gros, de l'ordre du centimètre, soit suffisant, ce qui aurait rendu futile l'installation d'un blindage supplémentaire.
Je suis un soudeur trop médiocre pour souder les nombreux points d'un treillis au boîtier du four. Je vais orienter le projet sur une boîte carrée en treillis fin avec une armature en fer, qui peut s'ouvrir d'un côté pour modifier le montage. Je ferai le contacte au mieux entre la cage et le four avec de la pâte à souder et du fil de cuivre. Mais ne serait-il pas plus simple de directement connecter cette structure à la terre d'une fiche électrique? Je me demande s'il y a un risque, par exemple de faire tomber le FI du bâtiment.
Je vais effectivement m'appliquer à éviter ma métamorphose en œuf à la coque , mais je pense qu'en cas de fuite importante le wifi tombera avant moi, ce qui serait un signal d'alarme sérieux. Je suis prioritairement inquiet pour mes yeux, que les lunettes de sécurité ne protègent pas de la lumière, et qui me semblent essentiels pour les expériences suivantes.

Merci pour ton paragraphe sur la fréquence de rotation des molécules. Cette fréquence de rotation est-elle mesurée expérimentalement ou peut-elle être prédite mathématiquement? A quoi ressemble un dispositif pour mesurer la fréquence de rotation d'une molécule?

Tout de bon

[darrigan]

Expérimentalement, on mesure les spectres de rotation des molécules polaires en phase gaz dans le domaine des micro-ondes justement. On place le gaz dans une cavité micro-onde, et on envoie les micro-ondes de fréquence variable. On mesure soit une transmission (ou une absorption), soit une réflexion. C'est grâce aux spectres de rotation dans les micro-ondes que l'on identifie parfois des molécules dans les espaces interstellaires ou nuages de gaz.
(Ou alors, indirectement, par spectroscopie Raman, apparemment.)

On peut aussi calculer les fréquences à l'aide d'un logiciel de modélisation utilisant la mécanique quantique (Comme Gaussian par exemple.)

Évidemment, la molécule du solvant doit être polaire pour pouvoir être perturbée par des micro-ondes. Les molécules apolaires y sont insensibles.

[Bapt]

Merci pour ton explication

[horuse10]

Pour le blindage du trou sans souder tu peux utiliser du papier d’aluminium