Mikrowellen sind ein sehr nützliches Kochgerät. Sie sind kompakte, winzige, aber unglaublich vielseitige Maschinen – wie funktionieren sie?Es gibt eine unglaubliche Menge an Wissenschaft und Technik hinter Mikrowellen, aber es kann alles in leicht verständliche und verdauliche Bits zerlegt werden.Mikrowellenöfen funktionieren hauptsächlich durch die Erzeugung von Mikrowellenstrahlung – die durch das Essen geleitet wird und es kocht. Mikrowellen sind nicht spezifisch für Mikrowellenherde, sondern eine Form elektromagnetischer Wellen mit einer Wellenlänge im Frequenzbereich zwischen 300 MHz und 300 GHz (eine Wellenlänge von etwa 1 m und 1 mm). Mikrowellenherde verwenden im Allgemeinen eine Frequenz von 2450 MHz (eine Wellenlänge von 12,24 cm). Im Vergleich zu anderen Strahlungsarten fallen Mikrowellen zwischen Radiowellen, die tendenziell länger sind, und Infrarotwellen, die kürzer sind.
Was Mikrowellen so besonders zum Kochen macht, ist, wie sie mit Wassermolekülen interagieren.
Die Wissenschaft hinter Mikrowellen
In Mikrowellenherden werden die Mikrowellen mit einem Gerät namens Magnetron erzeugt. Im Kern sind Magnetrons Hochspannungsmotoren, die Energie in Form von Mikrowellen und nicht in Form mechanischer Arbeit abgeben.Im Inneren des Mikrowellenofens erhöht ein Transformator den Strom aus der Steckdose, 120 V in den USA oder 110 V in Europa, auf etwa 4000 Volt. Diese erhöhte Spannung wird benötigt, um das Magnetron mit Strom zu versorgen, wodurch sich ein Filament im Kern des Geräts erwärmt. Wenn sich dieses Filament erwärmt, werden Elektronen freigesetzt. Der Mikrowellenofen bringt diese Elektronen zum Arbeiten.
In der Nähe des beheizten Filaments befindet sich ein kreisförmiger Magnet. Normalerweise würden die Elektronen, die vom Filament freigesetzt werden, von der Anode angezogen, aber aufgrund der Positionierung des Magneten kehren die Elektronen zum Filament selbst zurück. Diese Elektronenschleife erzeugt tatsächlich Mikrowellen.
All das mag ein wenig komplex geklungen haben, und es kann sein, wenn es ohne Diagramme erklärt wird. Für einen tieferen Einblick in das Verständnis, wie Magnetrons und letztendlich Mikrowellen funktionieren, schauen Sie sich das Video unten an.
Sind Sie sicher, neben einer Mikrowelle zu stehen?
Ein populärer Mythos über Mikrowellen ist, dass sie Krebs verursachen können. Dies kann auf die Verwendung des Wortes Strahlung bei der Beschreibung ihrer Funktionsweise sowie auf die Befürchtung zurückzuführen sein, dass diese Mikrowellenstrahlung aus der Mikrowelle austreten kann. Strahlung bezieht sich in diesem Fall auf Energie, die von einer Quelle ausstrahlt, und nicht auf Radioaktivität.Mikrowellen enthalten jedoch nicht genug Energie, um Substanzen durch Ionisation chemisch zu verändern – sie sind ein Beispiel für nichtionisierende Strahlung. Andere Arten elektromagnetischer Wellen wie Ultraviolett- und Röntgenstrahlen besitzen mehr Energie pro Photon und können daher Krebs verursachen.
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Mikrowellen können natürlich Erwärmung und Verbrennungen verursachen, aber Mikrowellenherde sind alle mit einem Metallgitter an der Tür des Geräts ausgestattet, um zu verhindern, dass die Mikrowellen austreten. Diese Metallgitter sind groß genug, damit Sie Ihr Essen kochen sehen können, aber die Löcher sind nicht groß genug, damit die Mikrowellen durchrutschen können. Mikrowellenherde haben auch eingebaute Sicherheitsvorrichtungen, die es dem Ofen nicht erlauben, bei geöffneter Tür zu arbeiten.Am Ende des Tages werden Sie also keinen Krebs bekommen, wenn Sie zu nahe an einer Mikrowelle stehen, weil die Strahlen nicht ionisieren, und Sie werden auch nicht gekocht.
Wir haben also die Grundlagenforschung durchlaufen, aber wir haben immer noch nicht behandelt, warum Mikrowellen so gut funktionieren, um Lebensmittel schnell zu erhitzen.
Wie Mikrowellen Wassermoleküle erwärmen
Die in einem Mikrowellenofen verwendeten Mikrowellen werden über eine Art Antenne ausgesendet, die sie in den Kochbereich des Geräts kanalisiert. Die Wellen sind dank der massiven Metallwände (und der Gittertür) im Gerät enthalten. Diese Mikrowellen werden dann von den Wassermolekülen im Inneren des Lebensmittels absorbiert. Die Energie der Mikrowellen bewirkt, dass die Wassermoleküle schnell vibrieren, wodurch die Lebensmittel erhitzt werden.Im Wesentlichen, weil Wassermoleküle leicht Mikrowellen absorbieren, die die Moleküle veranlassen, schnell zu vibrieren, wird dies zu einem Mechanismus, um Mikrowellenenergie in thermische Energie umzuwandeln. Genau wie ein Nocken und eine Rolle eine mechanische Vorrichtung zur Umwandlung von Rotationsenergie in lineare Bewegung sind, sind auch die Wechselwirkungen von Mikrowellen und Wassermolekülen eine Möglichkeit, Mikrowellenenergie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Aber warum vibrieren nur die Wassermoleküle? Wassermoleküle sind polar, d.h. sie haben eine positiv geladene und eine negativ geladene Seite. Mikrowellen haben einen positiven Kamm und einen negativen Kamm, genau wie jede Welle. Wenn sich die Mikrowellen im Inneren des Mikrowellenofens bewegen, versuchen die Wassermoleküle, ihre Pole mit denen der Mikrowelle auszurichten. Da sich Mikrowellen im Inneren des Geräts schnell bewegen, versuchen sich die Wassermoleküle schnell mit der Bewegung der Wellen auszurichten.
Wie schnell geht das? Die positiven und negativen Felder der Mikrowellen bewegen sich etwa 2,5 Milliarden Mal pro Sekunde. Wenn Sie diesen Effekt mit der Reaktion des Wassermoleküls kombinieren, können Sie erkennen, wie Mikrowellen Lebensmittel so schnell und effektiv kochen.
Warum kochen Mikrowellen ungleichmäßig?
Die letzte Frage, die wir beantworten müssen, ist, warum es oft tote Stellen im Inneren von Mikrowellenherden gibt. Zum Beispiel, warum ist die Mitte Ihres Essens oft viel kälter als die Ränder?
Dies geschieht, weil sich einige der Mikrowellen gegenseitig auslöschen. Oft sind diese Orte der Stornierung lokalisiert, was bedeutet, dass einige Bereiche des Mikrowellenofens keine „Wärme“ bekommen.RELATED: DIE WISSENSCHAFT SAGT, DER BESTE WEG, TEE ZU MACHEN, IST ES IN DER MIKROWELLE
Im Wesentlichen, wenn die Spitze einer Welle das Tal einer anderen Welle trifft, ist das Ergebnis eine annullierte Welle. Aus diesem Grund verwenden die meisten Mikrowellen eine rotierende Schüssel, um ein gleichmäßiges Kochen zu gewährleisten.
So funktionieren Mikrowellenherde. Sie sind Geräte, die Magnete verwenden, um elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen, die auf Wassermoleküle in Lebensmitteln gerichtet ist, wodurch sie schnell vibrieren und sich erwärmen. Wenn Sie das nächste Mal etwas in der Mikrowelle kochen, werden Sie es nicht auf die gleiche Weise betrachten.