Die Mikrowelle ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Küchengeräte, die es uns ermöglichen, Lebensmittel schnell und bequem zuzubereiten und aufzuwärmen. Aber wie kommt es dazu? Wie kann das Gerät Lebensmittel im Mikrowellenmodus erhitzen? Die Antwort auf diese Frage liegt im Prinzip der Wirkung der Mikrowelle – der Zerstreuung von Wassermolekülen.
Die Mikrowelle arbeitet auf der Grundlage elektromagnetischer Wellen, die das Essen erhitzen. Die Hauptursache für die Erwärmung ist die Erregung von Wassermolekülen, die in Lebensmitteln vorhanden sind. Wassermoleküle bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die Dipolbindungen bilden.
Wenn die Mikrowelle eingeschaltet wird, dringen elektromagnetische Wellen in die Nahrung ein und interagieren mit Wassermolekülen. Da elektromagnetische Wellen ihre Polarisation im Takt der Spannung verändern, neigen Wassermoleküle, die sich im elektrischen Feld befinden, dazu, sich mit ihnen zu drehen.
Durch diesen Stress entsteht Reibung zwischen den beiden Wasseratomen, die zu Schwingungen und Rotationen der Moleküle führt. Schwingungen wärmen das Molekül auf, und Drehungen führen zur Ausrichtung des Moleküls entlang der Achse. Die aus diesem Prozess gewonnene Energie wird in Wärme umgewandelt, die an die umgebenden Moleküle übertragen wird und die gesamte Nahrung in der Mikrowelle erhitzt.
Wie die Mikrowelle funktioniert: Das Funktionsprinzip bei der Beschleunigung von Wassermolekülen
Eine Mikrowelle verwendet ein Magnetron, eine elektronische Lampe, die elektromagnetische Wellen einer bestimmten Frequenz erzeugt (normalerweise 2,45 GHz), um Mikrowellenstrahlung zu erzeugen. Diese Wellen werden durch einen Wellenleiter in die Mikrowellenkammer übertragen, der sie auf das Essen leitet.
Wenn Mikrowellen auf ein Produkt in der Mikrowelle gelangen, interagieren sie mit Wassermolekülen, die in vielen Lebensmitteln vorhanden sind. Wasser ist ein Dipol, dh ein Molekül mit positiven und negativen Ladungen, so dass es auf die elektromagnetischen Felder von Mikrowellen reagieren kann.
Mikrowellen erzeugen ein elektromagnetisches Feld, das Wassermoleküle mit hoher Frequenz umdreht. Das Umdrehen erfolgt durch Bewegen der polaren Ladungen innerhalb eines wässrigen Moleküls. Diese Bewegung erzeugt thermische Energie, die zu einer Erwärmung des Produkts führt.
Durch die schnelle Änderung der Richtung des Mikrowellenfeldes und der schwachen Bindung zwischen den Wassermolekülen erfolgt die Erwärmung sehr gleichmäßig und schnell. Dies ermöglicht es, die gewünschte Produkttemperatur in kurzer Zeit zu erreichen.
Es sollte jedoch daran erinnert werden, dass die Mikrowelle das Essen möglicherweise nicht gleichmäßig erhitzt, insbesondere wenn es aus verschiedenen Zutaten besteht. Daher wird empfohlen, das Essen bei Verwendung einer Mikrowelle regelmäßig zu rühren oder umzudrehen, um eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen.
Mikrowellenerzeugung
Das Funktionsprinzip des Magnetrons basiert auf dem Phänomen des Elektronenstrahls und des rotierenden Magnetfeldes. Im Inneren des Magnetrons befindet sich eine Kathode, die von einer niederfrequenten Heizung erhitzt wird. Eine negative Spannung wird an die Kathode angelegt, wodurch Elektronen emittiert werden. Der Elektronenstrahl wird an die Anode gerichtet, die sich in der Mitte des Magnetrons befindet und die Form einer Öffnung in Form eines Resonators aufweist.
Ein konstantes Magnetfeld wird zwischen der Kathode und der Anode installiert. Dieses Feld wird durch Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugt, die um das Magnetron herum angeordnet sind. Es führt eine "erzwungene" Rotation der Elektronen um die Anode aus, wodurch sie sich entlang ihrer Oberfläche bewegen.
Durch die Drehung der Elektronen um die Anode erzeugen das Magnetfeld und die auf die Elektronen wirkende Kraft von Coriolis ein oszillierendes elektronisches System. Die Schwingungen dieses Systems führen zur Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen, nämlich im Bereich der Mikrowellenstrahlung. Diese Wellen werden mit Hilfe eines Wellenleiters in die Metallkammer der Mikrowelle geleitet, wo das Essen erhitzt wird.
