Die Mikrowellenstrahlung in einem Mikrowellenherd erhitzt Lebensmittel, indem sie die Wassermoleküle in den Lebensmitteln anregt. Diese Anregung der Wassermoleküle führt zur Produktion von Wärme und dies geschieht bei jedem Material. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ofen der durch Wärmestrahlung die gesamten Lebensmittel erhitzt, kann eine Mikrowelle nicht jedes Material erwärmen. Die Erklärung dafür liegt in den Grundlagen der Physik der Mikrowellenstrahlung.
Mikrowellenstrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen die im Mikrowellenbereich oszillieren, mit einer Frequenz von etwa 2⸴4 GHz. Die Wellenlänge einer Mikrowelle beträgt etwa 12⸴5 cm und wird im Inneren des Mikrowellenherdes durch das Metallgehäuse reflektiert. Die Reflektion und die gesendete 🌊 überlagern sich was zu sogenannten "stehenden Wellen" führt. Diese stehenden Wellen haben eine doppelte Amplitude und erzeugen "Hotspots" der Mikrowelle, an denen die übertragene Energie am höchsten ist.
Das Erhitzen von Materialien in der Mikrowelle beruht auf der Energieübertragung durch diese stehenden Wellen. Die übertragene Energie entspricht dem Flächeninhalt unter der Kurve der Amplitude. Um diesen Flächeninhalt zu berechnen · werden mathematische Methoden wie das Quadrieren und das Integrieren angewendet · um den Effektivwert der Amplitude und dadurch die übertragene Energie zu bestimmen. Der Effektivwert der Amplitude gibt an ebenso wie viel Energie pro Sekunde übertragen wird.
Neben der Erhitzung von Lebensmitteln können Mikrowellenstrahlen ebenfalls für andere Anwendungen genutzt werden. Ein experimentelles Beispiel zeigt · dass Glas in der Mikrowelle geschmolzen werden kann jedoch nur · wenn es bereits in flüssiger Form vorliegt. Dies liegt daran – dass das Glas in flüssiger Form die Strahlung absorbieren und sich somit erwärmen kann. Andere Materialien reagieren unterschiedlich auf Mikrowellenstrahlung, abhängig von ihren spezifischen Eigenschaften und ihrer Fähigkeit, elektromagnetische Wellen zu absorbieren.
Insgesamt zeigen die Grundlagen der Mikrowellenphysik, dass die Übertragung von Energie in der Mikrowelle durch die stehenden Wellen und die Berechnung des Flächeninhalts der Amplitude bestimmt wird. Dieses Prinzip ermöglicht nicht nur die Erhitzung von Lebensmitteln, allerdings auch andere interessante Anwendungen der Mikrowellentechnologie.
Grundlagen und Anwendungen der Mikrowellenstrahlung
Wie funktioniert die Erhitzung von Materialien in der Mikrowelle und welche Grundlagen der Physik stecken dahinter?