Sceeker's stuff

Je vais vulgariser/expliquer comme je peux mais ça devrait être potable. J'espère. Il y a des infos entre parenthèses et en plus petit, elles ne servent qu'à aller plus en détail dans les explications si jamais certaines personnes voulaient aller se renseigner plus sur le sujet.

Note du moi du futur: En fait c'est beaucoup trop long à expliquer surtout en essayant d'expliquer aussi les bases alors les explications sont très kludge-esques mais j'ai fais comme j'ai pu et normalement ça reste potable...

La théorie

Tout d'abord, avant de pouvoir étudier le principe de fonctionnement du magnétron, il faut expliquer certains phénomènes physiques qui permettent celui-ci. Parlons de température ! Ou plutôt de "chaleur". En physique on appelle cela l'énergie thermique, et cela correspond au niveau d'agiation des molécules et/ou des atomes qui composent un objet, un corps. Ils bougent, d'agitent autour de leur "position". Ainsi, pour pouvoir parler d'énergie thermique, il faut au moins deux atomes formant un corps, par exemple, une molécule. Voilà une réprésentation de portion de molécule où se déroule une agitation thermique:

Maintenant, parlons des métaux et de leur structures. Un métal c'est un corps composé d'atomes métalliques liés entre eux par des laisons métalliques (oui oui vraiment, je sais ça peut surprendre). Les liaisons métalliques peuvent être considérées comme un partage d'électrons au libre au sein d'une structure cristalline d'ions métalliques chargés positivement. Les électrons de valence (en quelque sorte, ceux de la dernière couche des atomes), se délocalisent et forment une mer d'électrons autour des noyaux métalliques chargés positivement. Ces électrons peuvent se déplacer librement au sein du métal, d'atome en atome. Représenation (noyaux en rouges, électrons libres en bleu):

Les vitesses de ces électrons libres ne sont pas uniformes mais elles suivent une distribution statistique particulière. Ainsi, la vitesse des électrons qui se déplacent n'est pas toujours la même. De plus, plus le métal est chaud, plus celui est "agité", comme nous l'avons vu plus haut. Ainsi, la probailité que ces électrons soient plus "rapides" est plus importante qu'à une température plus faible.
Et c'est ainsi que, en 1853, le physicien Edmond Becquerel (à ne pas confondre avec son père Henri qui a découvert la radioactivité) a exposé pour la première fois (avant de se faire voler l'idée par un rosbif en 1873 puis par un amerloque en 1880) l'existence de l'émission thermoionique.
Lorsqu'un métal est chaud, les électrons libres disposent de vitesses assez importantes pour surpasser les forces électrostatiques les retenant normalement dans le métal, et ceux-ci sont arrachés du métal et partent librement sans y revenir. Dans ce cas là, on appelle la particule émise (ici l'électron) un thermion.
L'énergie nécessaire pour arriver cela est appelée "travail de sortie". C'est ce qu'on appelle l'émission thermoionique: une émission de porteurs de charges (comme un électron qui porte une charge négative) découlant du chauffage d'une surface.

Maintenant, parlons de la force de Lorentz. Imaginons une particule chargée q, comme un électron, qui se déplace dans un champ électrique $\overrightarrow{E}$ et dans un champ magnétique $\overrightarrow{B}$ avec une vélocité $\overrightarrow{v}$ (une vitesse avec une direction, un vecteur de vitesse). Ces symboles sont plus ou moins universels, ils ne sont pas choisis au hasard. Une nouvelle force va alors s'éxercer sur cette particule: la force de Lorentz. On peut donner son expression mathématique de la manière suivante:



Ici, le premier terme, $q·\overrightarrow{E}$, coresspond à la force électrique exercée sur la particule, et le second terme, $q·\overrightarrow{v}\wedge \overrightarrow{B}$, correspond à la force magnétique qui a une direction perpendiculaire à la vélocité de la particule et au champ magnétique. Représenation graphique:

Ici, $\theta$ coresspond à la valeur de l'angle entre le vecteur $\overrightarrow{v}$ et $\overrightarrow{B}$. Sans aller dans le détail mathématique (c'est facile avec le produit vectoriel sinus), lorsque $\theta$ vaut 90° ($\overrightarrow{B}$ et $\overrightarrow{v}$ sont "perpendiculaires"), la force de Lorentz résultante aura pour effet de faire suivre à la particule une trajectoire circulaire, cela va la faire "tourner". Représentation, où B est le champ magnétique "perpendiculaire à l'écran":


Ensuite, pour aborder le thème des magnétrons, il est important de comprendre qu'il existe de nombreux types de magnétrons, mais celui dont on va parler est le plus commun: le magnétron à cavités. Celui-ci se construit comme cela:

L'anode est souvent construite avec du cuivre, car c'est un très bon conducteur, ce qui est crucial comme nous le verrons plus tard. Elle a une forme tubulaire et est installée de manière concentrique avec la cathode, elle aussi tubulaire (elles ont le même "centre"). Au centre de la cathode est placé un filament métallique. L'isolant permet d'empêcher un passage de courant électrique entre l'anode et la cathode et aussi de maintenir le vide. En général, il est fait en oxyde de béryllium (très toxique) et est coloré en rouge/rose. Vue de profil:

La chambre en elle-même où repose l'anode et le reste des éléments est sous-vide, pour que les électrons puissent se déplacer librement au sein du magnétron. Ensuite, on fait traverser un courant électrique important dans le filament, ce qui le fait fortement chauffer, et ce qui va aussi faire chauffer la cathode. Ils vont alors émettre des électons par émission thermoionique. Mai entre la cathode et l'anode, une forte différence de potentiel est appliquée: on applique un courant éléctrique avec une tension du l'ordre de kilovolt. Ainsi, comme leur nom l'indique, l'anode est chargée positivement et la cathode négativement. Ainsi, les électrons étant repoussés par la cathode (ils sont des porteurs de charge négatives, et les éléments de même charge se repoussent) et "attirés" par l'anode.
Ensuite, un champ magnétique parallèle au filament est créé à l'aide d'aimants permanents en formes de disques placés autour de la chambre comme cela:

Les champs magnétiques créés peuvent être représentés de cette manière (les flux magnétiques vont toujours d'un pôle nord à un pôle sud et un circuit fermé doit être fait):

Ainsi, lorsqu'un électon est émis, il est influencé par ce champ magnétique et par le champ électrique entre la cathode et l'anode. Logiquement, à cause de la force de Lorentz, l'électron ne va pas directement aller taper contre l'anode mais va tourner dans la chambre, comme cela:

Mais nous oublions un détail important: la structure physique de l'anode. Reprenons la sur ce schéma:

En effet, au niveau des entailles liants le centre de la chambre avec les cavités résonantes (nous allons voir pourquois elles sont nommées ainsi), il y a un vide, une sorte d'isolant. Ainsi, si il existait une différence de potentiel (une tension) entre les deux côtés d'une entaille, celle-ci agirait comme un condensateur (le vide de l'entaille peut être considéré comme le diélectrique). Et pour le "fond" de la cavité, cela agirait comme un inducteur puisqu'un champ magnétique peut se construire autour de la partie arrière de la cavité. Ainsi, puise que ces deux analogues de composants électroniques sont reliés par l'anode en elle même, cela forme un circuit résonnant LC (pour inducteur/condensateur):

Ainsi, la fréquence de résonnance de ce circuit est définie par la forme physique de la cavité et par l'énergie des électrons (car en faisant varier ces deux paramètres, on modifie comment se comporte nos "composants électroniques"). C'est cette fréquence que l'on veut "générer" à l'aide du magnétron.
Revenons à notre électrons libéré. En tournant autour des entrées des cavités, il va céder une partie de son énergie aux cavités (c'est un phénomène similaire à lorsque l'on souffle juste au dessus du goulot d'une bouteille et que cela produit un son). Le résonanteur de la cavité se met alors à osciller. Ainsi, plus un électron tourne longtemps au centre de la chambre, plus il va "utiliser" de son énergie en la distribuant dans les cavités.
De plus, Lorsque l'électron va taper l'anode après avoir tourné, il va charger négativement l'anode à l'endroit où il l'a tapé. Ainsi, petit à petit l'anode ne va plus être chargée de manière uniforme sur toute surface. Mais comme celle-ci est très conductrice (en cuivre), des courants électriques vont se créer pour ré-équilibrer les charges au sein de l'anode. Mais comme il nécessaire pour le courant passer par le fond de la cavité. Mais cela prend du temps, temps durant lequel de nouveaux électrons seront venus taper de l'autre côté de l'entaille. Si les électrons ne retapent pas le même côté de l'entaille, c'est car celui-ci a déja été tapé par des électrons et est donc chargé négativement comme nous l'avons dit, ainsi ils repoussent les électrons eux aussi chargés négativement.
Ainsi, une fois que le courant aura équilibré un des côté de l'entaille, un nouveau courant va se créer dans l'autre sens pour aller équilibrer l'autre côté. Cela contribu à la génération de microndes dans les cavités.
Ainsi, un champ électromagnétique, radio, va se créer au niveau des entailles. Celui-ci étant alternatif car les courants oscillent, selon son sens, le flux d'électrons passant au centre de la chambre va être attiré ou repoussé des cavités, tout en tournant jusqu'à aller taper l'anode. Ainsi une boucle se forme et le magnétron est dit "auto-oscillant": il se régule tout seul. Le flux d'électrons "alimente" les cavités qui vont "générer" des micro-ondes régulant le flux d'électrons. Schéma:

Ici, les flèches en jaune représentent des courants électriques, les flèches en bleu des champs électromagnétiques et la flèche violette un trajet de flux d'électrons. Des "+" et des "-" sont aussi présents pour indiquer les zones plus ou moins chargées de l'anode.
Maintenant, il ne reste plus qu'à récupérer une partie des micro-ondes générées dans les cavités. C'est maintenant qu'intervient la boucle de couplage aperçue précédemment sur un schéma:

Dans ce nom un peu barbare "couplage" signifie un transfert d'énergie d'un milieu vers un autre. En fait, le boucle de couplage est une sorte de petite antenne qui va "intercepter" les micro-ondes. Et voilà, ensuite il ne reste plus qu'à connecter cette à antenne à ce que l'on apelle un guide d'onde. Un guide d'onde c'est, par exemple, un tube, dans lequel les ondes vont se déplacer en se réfléchissant contre ses parois jusqu'à ce qu'elles en sortent. Ainsi, on peut diriger les ondes où l'on souhaite. Par exemple, dans le cas d'un four micro-onde, vers la chambre de cuisson où les ondes pourront se propager et rencontrer les éléments à faire chauffer.
D'ailleurs, dans ce précis, le four à micro-ondes utilise les ondes générées par le magnétron pour exciter les molécules d'eau présentent dans la nourriture. Si elles sont excités, leur énergie cinétique augmente (elles "vibrent") et c'est cela que l'on appelle la chaleur. Plus une particule possède d'énergie cinétique, plus elle est "chaude".

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La pratique

Voilà mon setup de professionnel, de radioamateur (non):

Alors il y a un énorme ventilateur de sèche linge collé au cul du magnétron parce que ça chauffe vraiment comme de la merde tout ça (vraiment). J'ai utilisé (comme tout le monde qui fait ça) une boite de conserve percée pour faire rentrer l'antenne du magnétron comme guide d'onde.
Alors je confirme ça marche bien sur différents types de nourriture (si si):



En plus, on peut s'en servir pour effacer des cartes RFID c'est très pratique:

Ca allume bien les lampes fluorescentes (pour faire des vidéos truquées sur l'énergie libre et gratuite illimitée):

On peut essayer de s'amuer de regarder la bande WiFi (car les magnétrons de fours à micro-ondes oscillent sur cette bande):




Ca fout bien la merde partout sur des bandes bien larges. Parfait comme brouilleur (et en bonus ça fait cuire les gens que vous voulez brouiller).
Malheureusement, si on le laisse tourner trop longtemps sans chauffage, ça fond à l'intérieur en faisant ce beau bruit (pas du tout en fait je crois mais tant pis):
Et après ça ne marche plus. Mais bon au moins on peut le démonter du coup (vous allez reconnaitre certains éléments):








Mhhh :] Tout ce beau cuivre :}

Après en enlevant le "culot" pour éviter le beryllium et avec une petite LED ça peut faire une "lampe" d'ambiance sympa:


Voilà, c'est tout pour moi.