Physikprojekt

Informationen

Der Mikrowellenherd hat keinen Kontakt zu seiner Wärmequelle. Die Wassermoleküle werden von der Mikrowellenstrahlung hin- und hergedreht und es wird dadurch Wärme erzeugt. Die Wassermoleküle der Wärmequelle werden nur gedreht weil die Wasserteilchen eine positive und eine negative Seite haben. im elektrischen Feld wirken auf die beiden Seiten unterschiedliche Kräfte. Bei einem ständig wechselnden Feld bewegen sich die Teilchen dann hin und her. Da die Mikrowellen aufgrund ihrer speziellen Frequenz nur Wasser erwärmen, bleiben Gegestände ohne Wasser wie zum Beispiel Geschirr kalt.

Um zu verhindern, dass die Lebensmittel unleichmäßig erhitzt werden, kommen sie auf einen Drehteller, um die Mikrowellen gelichmäßg im Garraum zu verteilen. Trotzdem kann es dazu kommen, dass sich Lebensmittel unterschiedlich erhitzen. Beispielsweise erhitzt sich ein Knochen weniger schnell als Fleisch, deshalb kann es vorkommen dass das Fleich am Knochen noch roh ist, während der Rest gegart ist. Auch fettige Speisen erhitzen sich weniger gut als salzige. um dies zu verhindern kann man die Speisen mit einem Teller abdecken.

Auch für die biologischen Zellen besteht Gefahr. Deshalb ist es wichtig, dass die Mirkowelle gut abgeschirmt ist.

Nur 50-60% der elektrischen Energie wird in Strahlung umgewandelt. Dafür erwärmen sie nur geziehlt die Speise.

Mikrowellen sind ein Teil des breiten Spektrums der elektromagnetischen Strahlung. Sie werden von Wasser absorbiert, wobei sie dieses erwärmen. Dadurch können Mikrowellen alle wasserhaltigen Substanzen erhitzen. Glas, Porzellan und Plastik werden von den Mikrowellen ohne Erhitzung durchdrungen. Metalle reflektieren die Mikrowellen total. Diese Eigenschaften macht man sich beim Mikrowellenherd zunutze . Man kann in ihm sehr schnell und mit wenig Energieverbrauch wasserhaltige Substanzen aufwärmen und kochen.

Man kann mit ihm Essen viel schneller erwärmen und zubereiten als mit einem normalen Backofen und außerdem verbraucht er weniger Strom. Speisen die mit dem Mikrowellenherd erhitzt worden sind, sehen aus wie gekocht oder gegart, d.h. sie haben keine Kruste. Doch die neueren Mikrowellen haben neben einer Auftau-Funktion auch eine Grillfunktion.

Das wichtigste Bauteil des Mikrowellengerätes ist das Magnetron, ein Sender, der ähnlich wie bei Rundfunk- und Fernsehgeräten, die elektromagnetischen Wellen erzeugt und aussendet. Diese werden entweder direkt oder über einen Hohlleiter zum Garraum geführt, in den sie durch eine Öffnung gelangen. Der Garraum besteht vollkommen aus metallischen Wänden, die zur leichten Reinigung mit Kunststoff, Emaille oder Lack überzogen sein können. Die Garraumtür hat ein mehrschichtiges Sichtfenster, welches mit einem Drahtgitter oder einem Lochblech versehen ist. Somit wird eine Reflexion der auftretenden Mikrowellen erzielt und ihr Austritt aus dem Gerät verhindert.

Wie funktioniert eine Mikrowelle

In jedem Mikrowellenherd gibt es eine Magnetfeldröhre (Magnetron). Dort entstehen die Mikrowellen (elektromagnetische Wellen). Diese Mikrowellen bringen die Wassermoleküle, die in den Speisen enthalten sind, zum Schwingen. Diese Mikrowellen/elektrischen Wellen schwingen mit einer extrem hohen Frequenz, jede Sekunde ca. 2,45 Milliarden mal. Wenn die Mikrowellen auf die Wassermoleküle einwirken, beginnen diese mit der selben Frequenz zu vibrieren. Da die Moleküle eine unregelmäßige Form haben, stoßen sie bei der Vibration zusammen und es entsteht Reibung. Durch diese Reibung entsteht dann Hitze (mechanische Energie->Wärmeenergie). Diese Wärme überträgt sich dann auf die ganze Speise und das Essen wird erwärmt. Der gleichmäßige Einfluss der Mikrowellen wird durch Reflektorflügel, rotierende Antennen oder Drehteller erreicht.

Elektromagnetische Wellen

In dem Magnetron spielt sich folgendes ab: Offene Schwingkreise erhält man, wenn die Kondensatorplatten eines Schwingkreises auseinandergezogen werden. Man erhält einen Dipol oder Zweipol (gerader schwingungsfähiger Leiter). Elektromagnetische Wellen entstehen, wenn sich elektrische und magnetische Felder vom Dipol ablösen; sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Eigenschaften elektromagnetischer Wellen sind unter anderem Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz (Überlagerung mehrerer Schwingungen die von der selben Quelle ausgehen) und Polarisation (zu Gegensätzen bilden).

Wärmeenergie

-„Die Wärme ist eine Energieart. Sie kann durch Umwandlung aus anderen Energiearten entstehen und kann in andere Energiearten umgewandelt werden.“ -„Bei allen Energieumwandlungen bleibt der Betrag der Gesamtenergie erhalten. Energie kann nicht entstehen und kann nicht verloren gehen.“

Negative Seiten von Mikrowellen

Neben der Tatsache, dass z.B. Gemüse in der Mikrowelle einen großen Teil seiner Vitamine verliert, gibt es auch andere Gründe sein Essen vielleicht nicht in der Mikrowelle zu erwärmen.

Es gibt zahlreiche Theorien über das, was Mikrowellen mit dem Essen oder Lebewesen anstellen können. Es gibt 2 verschiedene arten von Gefahren:

1. Mikrowellenstrahlung in der Umgebung der Geräte und

2. Nährwertveränderungen in den Lebensmitteln.

Die früheren Mikrowellen waren nicht so konstruiert, dass nur Mikrowellen ausgesandt werden dürfen wenn die Mikrowellentür fest verschlossen ist. Wenn man also die Tür öffnete, um zu schauen ob das Essen schon gut war, bekam man oft den Grauen Star, denn die Augen sind besonders empfindlich gegenüber Mikrowellenstrahlung. Auch heute sollte man nicht zu lange und zu nah an das Sichtfenster herangehen. Außerdem sollte der Mikrowellenherd nicht in Augenhöhe stehen. Man sollte die Mikrowelle auf Leckschäden kontrollieren und wenn sie kaputt ist von qualifizierten Fachwerkstätten reparieren lassen.

Es gibt viele Theorien von angeblichen gesundheitsschädigenden Eigenschaften mikrowellenbehandelter Nahrung, z.B. Blutbildveränderungen, Krebsentstehung (ein Großteil der Krebsbekämpfenden Stoffe im Essen werden in der Mikrowelle zerstört) und Verlust von Energie in der Nahrung.

Dass Essen aus der Mikrowelle schädlich ist, konnte nie wirklich bewiesen werden. Vielleicht wird es sich erst in 10 oder 20 Jahren herausstellen, dass Mikrowellen schädlich sind. So war es auch mit radioaktiven Stoffen, Röntgenstrahlung oder dem Rauchen. Man sollte am besten nicht alles in der Mikrowelle erwärmen, sondern mindestens die Hälfte auf herkömmliche Art. Es ist übrigens besser die Nahrung lieber mit einer niedrigen Wattzahl zu erhitzen als mit einer hohen.

Tipps zum Umgang mit der Mikrowelle

Mikrowellen durchdringen Gefäße aus Glas und Porzellan. Auch Klarsichtfolie stellt kein Problem dar. Alufolie dagegen lässt die Strahlen abprallen. Bei Dingen aus Metall in der Mikrowelle kann es zu einem Blitz kommen und der Mikrowellenherd beschädigt werden. Außerdem gibt es auch spezielle Mikrowellen-Kochbücher.

Geeignetes Geschirr

Es gibt spezielles Geschirr das sich als mikrowellengeeignet bezeichnet, aber auch normales Geschirr aus den oben genannten Materialien und Glaskeramik sowie hitzebeständiges glasiertes Keramikgeschirr ist geeignet. Hauptsache es kommt kein Metall oder verschlossene Gefäße in die Mikrowelle. Da flache Speisen besser garen als hohe, sollte man sein Geschirr anpassen. Außerdem ist es besser die speisen in ovale/runde Formen zu geben, anstatt in Eckige (in den Ecken kann es zu einer Mikrowellenkonzentration und damit zu einer Überhitzung kommen).

Magnetron

Das Magnetron ist eine Vakuum-Laufzeitröhre zur Schwingungserzeugung im Mikrowellenbereich (ca. 0,3 bis 300 GHz). Magnetrone haben einen Wirkungsgrad von bis zu 80 % und sind somit sehr effiziente, preiswerte HF-Generatoren. Die Leistung und der Frequenzbereich werden maßgeblich durch die Konstruktion bestimmt. Man unterscheidet kontinuierlich arbeitende (Dauerstrich-)Magnetrone und Impulsmagnetrone. Im Dauerstrichbetrieb können einige kW und im Impulsbetrieb mehr als 10 MW erzielt werden. Diese Elektronenröhren sind kurzzeitig extrem überlastbar.