Wie funktioniert mikrowelle

Ist zwar eine Erklärung für Kids, aber dafür verständlich
Physik für Kids -WieWas- Wie funktioniert eine Mikrowelle?

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Mikrowellenfunktion
Das Magnetron, wandelt elektrischen Strom in Mikrowellen um. Mit Hilfe eines Wellenrührers werden die Wellen im gesamten Garraum verteilt. Unterstützt wird diese Wellenverteilung z. B. auch durch einen Drehteller und durch die Reflektion der Mikrowellen von den Metallwänden des Garraumes. Dadurch gelangen die schnellen Wellen von allen Seiten in das Lebensmittel.
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3. Funktionsweise des Mikrowellenherdes
Der Mikrowellenherd besitzt als wichtigstes Bauelement eine Senderöhre für Mikrowellen, die Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz abstrahlt. Die Sendeleistung liegt bei einigen hundert Watt. Ein Handy darf die gleiche Strahlung mit maximal 2 Watt Sendeleistung aussenden. Meistens liegt die Sendeleistung eines Handys aber noch deutlich darunter. Man braucht also mehrere Hundert Handys, um eine Suppe zu kochen. Um die Mikrowellen gleichmäßig im gesamten Garraum zu "verteilen" werden sie
an den Wänden und der Tür und
an einem sich drehenden Reflektorflügelrad
reflektiert. Zusätzlich besitzen viele Mikrowellenherde einen Drehteller, um eine noch gleichmäßigere Erwärmung zu erreichen. Da Mikrowellen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit nicht sofort an der Oberfläche des Gargutes in geeigneter Weise auf ein polares Molekül treffen, dringen sie ein Stück in das Lebensmittel ein und Erwärmen so die Lebensmittel auch von innen und nicht nur von außen nach innen, wie dies ein gewöhnlicher Herd nur kann. Beim Zusammenstoß einer Mikrowelle mit einem polaren Molekül kann es dann zu einer Energieübertragung und damit zu einer Erwärmung des Mittagessens kommen. Da diese Energieübertrag nur mit Dipolmolekülen wie etwa Wasser funktioniert, nicht aber mit Keramiken, Porzellan, Glas oder vielen Kunststoffen erwärmt sich nur das Mittagessen und nicht der Teller.

Wassermoleküle sind dipolar. haben also einen positiven und einen negativen Teil.
Die Mikrowelle wechselt mit hoher Frequenz die Pole, sodass sich die WasserTeilchen drehen und Wärme erzeugen.

Durch die hochfrequente elektromagnetische Strahlung werden Schwingungszustände der polaren Wassermoleküle angeregt. Durch Stöße mit den benachbarten Molekülen verteilt sich die Bewegungsenergie auf die anderen Substanzen.

Materie speichert Wärme, indem sich die Atome bzw. die Moleküle stärker bewegen. Diese Bewegung kann dabei entweder die Schwingung um die Ruhelage sein , eine Molekülschwingung, eine Bewegung mit großer Geschwindigkeit durch den Raum oder die Rotation von Molekülen. Nur dadurch werden Stoffe als warm empfunden. Andere Formen der Wärme in Materie sind nicht möglich. Zwar gibt es die Wärmestrahlung, ebenfalls elektromagnetische Strahlung, aber diese ist nicht an Materie gebunden und wird auch von uns nur wegen der Verstärkung der Teilchenbewegung im Meßgerät als Wärme empfunden.
Wenn nun also durch Mikrowellen Dipolmoleküle wie etwa das Wassermolekül zu Rotationen angeregt werden, dann bedeutet das, dass sich das Wasser erwärmt, da sich die Teilchen stärker bewegen. Von dem Wasser kann die durch die Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung aufgenommene kinetische Energie durch Zusammenstöße mit anderen Teilchen nun gleichmäßig über alle Materie verteilt werden. Dieser Verteilungsprozeß ist allerdings vergleichsweise langsam und dauert eine gewisse Zeit, weshalb man größere Portionen in der Mikrowelle zwischendurch immer mal umrühren sollte.

Mikrowellenherd: Technik zen Kochen
Mikrowellengeräte dienen dem schnellen Auftauen, Erhitzen oder auch Garen von Lebensmitteln. Sie eignen sich bevorzugt zum Erwärmen bereits vorgefertigter Gerichte und zum Auftauen von Tiefkühlkost.
Strahlungsgang in Mikrowellengeräten
Die im Magnetron erzeugten Mikrowellen werden von einer Antenne, dem Koppelstift, über einen Hohlleiter in den Garraum eingespeist, um dort das Gargut zu erwärmen. Vor der Einkopplung befindet sich ein Reflektor, dessen Flügel aus Blech bestehen. Ist das Mikrowellengerät eingeschaltet, so dreht sich auch der Rotor im kontinuierlichen Betrieb. Die Mikrowellen, die vom Magnetron aus in den Garraum eingespeist werden, werden beim Auftreffen auf die Flügel ständig unterschiedlich reflektiert, sodass sich die elektromagnetischen Strahlen gleichmäßig im Garraum verteilen.
Der aus Metall bestehende Garraum wirkt wie ein Hohlraumresonator, denn die Innenmaße sind auf die Wellenlänge der Mikrowellen abgestimmt. Die von den Wänden reflektierten Wellen unterstützen jeweils die ankommenden.
Das Gargut verhält sich im Mikrowellengerät wie ein Dielektrikum zwischen den Platten eines Kondensators, der an eine Hochfrequenzspannung angeschlossen ist. Ein Dielektrikum ist ein elektrischer Nichtleiter, der beim Einwirken eines elektrischen Feldes durch Ladungstrennung ein Gegenfeld aufbaut. Die Moleküle des Dielektrikums werden infolge des zwischen den Kondensatorplatten wirkenden elektrischen Feldes laufend elektrisch umpolarisiert und fangen im Frequenzbereich der Mikrowelle an zu schwingen. Als Folge der Molekülbewegung entsteht Wärme. Die Aufgabe des Plattenkondensators übernehmen im Mikrowellengerät die Wände, an denen die Strahlen reflektiert werden. Bei der Umwandlung der Mikrowellenenergie in Wärme schwächen sich die Mikrowellen ab, dringen aber dennoch ins Innere des Gargutes vor. So entsteht gleichzeitig Wärme in den äußeren und tiefer liegenden Schichten des Lebensmittels. Die Erwärmung der tieferen Schichten sowie des Kerns erfolgt zusätzlich durch Wärmeleitung von außen nach innen.
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Der Mikrowellenherd verwendet Mikrowellen einer Frequenz, bei der die in Lebensmitteln enthaltenen Wassermoleküle angeregt werden können. Auch spezielles, sogenanntes Bräunungsgeschirr sowie andere verlustbehaftete dielektrische, elektrisch mittelmäßig leitfähige Stoffe sowie ferromagnetische Keramik werden erwärmt.
Mikrowellenherde benutzen elektromagnetische Strahlung von typischerweise rund 2,455 GHz. Bei dieser Frequenz werden die Wassermoleküle zur Schwingung angeregt, also erwärmt. Durch Wärmeleitung werden diese Schwingungen auch auf die übrigen Moleküle übertragen, die sich durch Mikrowellen nicht anregen lassen. Gefrorenes Wasser kann übrigens nur schlecht im Mikrowellenherd erwärmt werden, da die Wassermoleküle im Eiskristall fixiert sind, also schlecht beweglich sind. Daher werden die Mikrowellen im Eis nur wenig absorbiert.
Wasser hat jedoch bei 2,455 GHz keine ausgesprochene Resonanzfrequenz; die niedrigste Resonanzfrequenz von freien Wassermolekülen liegt bei 22,23508 GHz. Die Frequenzwahl ist vielmehr das Ergebnis des verfügbaren freien ISM-Frequenzbandes und einer ausreichend hohen Eindringtiefe in Speisen. Dennoch ist die verbleibende Absorption von Wasser bei 2,455 GHz sehr hoch.
ganz viel weiteres unter: Mikrowellenherd – Wikipedia

Die Reibung von Molekülen erzeugt Wärme
Kernstück der Mikrowelle ist das so genannte Magnetron, dessen hochfrequente elektromagnetische Wellen ein Wechselstromfeld erzeugen. Die gängige Frequenz der Mikrowelle beträgt 2450 Megahertz. Im Garraum dringen die Mikrowellen in das Lebensmittel ein und erwärmen dieses von innen.
Das funktioniert folgendermaßen: Die Moleküle der zu erwärmenden Speise sind elektrisch geladene Teile, die versuchen, sich immer in der Richtung des sich ständig wechselnden Feldes auszurichten. Dadurch kommt es zu Schwingungen der Moleküle, wobei die Moleküle sich dadurch gegenseitig reiben. Es entsteht von innen heraus Wärme. Daher bleiben auch Teile des Mikrowelleninhalts, die nicht schwingen können , kalt

Oder, falls es um die Erzeugung der mikrowellen geht:
Die Mikrowellen werden durch eine spezielle der Vakuumröhre erzeugt, der sogenannten Magnetfeldröhre.
In solch einem Magnetron wird aus einer durch einen Hochspannungstransformator erzeugten Hochspannung von etwa 4000 Volt ein Elektronenstrom gebildet. Dieser wird durch ein mittels einer Spule gebildetes Magnetfeld in eine kreisförmige Bahn gelenkt. Durch Schlitze und Resonatorkammern entstehen dabei hochfrequente Schwingungen, die Mikrowellen, welche in den Garraum geleitet werden.
Die metallischen Wände und das mit einem Drahtgitter versehene Fenster in der Türe des Garraumes reflektieren die eingeleiteten Mikrowellen mehrfach darin, Dabei überlagern sich diese in Abhängigkeit von den Abmessungen des Innenraums und erzeugen an verschiedenen Punkten verschieden starke Feldstärken. Für eine gleichförmige Erwärmung werden deshalb entweder mit einem Drehteller die Speisen gedreht oder die Mikrowellen mit einem sich drehenden metallischen Flügel (einem Wobbler oder Wellenrührer") ungleichmäßig reflektiert.