Sexl Physik 7, Schulbuch

| 108 An den Metallwänden des Garraumes werden die Wellen reflektiert, so dass der ganze Raum von Strahlung erfüllt ist. Wasser in den Speisen absorbiert die Mikro- wellen, die H 2 O-Moleküle werden zum Rotieren und Schwingen angeregt. Die Wassermoleküle führen untereinander und mit anderen Molekülen Stöße aus, dies führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung der Speise. Dabei ist es wichtig, dass im zu erwärmenden Material freie H 2 O-Moleküle vorhanden sind, denn nur sie können sich bewegen. Dies zeigt sich z. B. wenn man einen Eismarillenknödel in einem Mikrowellenherd erwärmt; während die äußere Schicht (Teig) heiß wird, bleibt der Eiskern kalt, da in ihm die H 2 O-Moleküle stärker gebunden sind. Ein Austreten der Mikrowellenstrahlung wird durch die Konstruktion des Gerätes (z. B. Metallgitter im Sichtfenster) verhindert. Der Innenraum wirkt dabei wie ein Faraday’scher Käfig. In unmittelbarer Nähe des Geräts ( 5 cm Entfernung) darf eine Strahlungsleistung von 5 mW/cm² nicht überschritten werden. Birgt der Mikrowellenherd Gefahren? Führt er zu einer chemischen Veränderung der Speisen? Berechne zur Klärung dieser Frage unter der Annahme, dass die Fre- quenz der Mikrowellen ca. 2450 MHz beträgt die Energie mit E = h · f (in eV) und vergleiche diesen Wert mit den für chemische Reaktionen typischerweise notwen- digen Energiebeträgen von rund 1 eV . Eine chemische Veränderung von Speisen bei der verwendeten Energie ist also praktisch ausgeschlossen. (Im Freiland ist das Gemüse dem Sonnenlicht mit ei- ner typischen Energie von 2 eV ausgesetzt.) Es ist aber wichtig das richtige Koch- geschirr zu verwenden, da sich bei nicht mikrowellengeeigneten Kunststoffen Weichmacher herauslösen und eine toxische Wirkung hervorrufen können. Experiment: Mikrowellenherd 108.1 Du brauchst: Mikrowellenherd, Gurkenglas, Eier, Marshmellows, schwarzes Papier Was ist zu tun? Lege ein rohes Ei auf einen Teller und stülpe ein etwas größeres Gurken- glas darüber. Diese Anordnung kommt in den Mikrowellenherd (ohne Drehteller). Was kannst du beobachten? Kannst du deine Beobachtungen erklären? Wiederhole den Versuch mit dem Drehteller im Mikrowellenherd. Welche Unterschiede kannst du fest- stellen und welche Funktion ergibt sich daraus für den Drehteller? 108.2 Ordne Marshmellows in regelmäßigen Abständen auf schwarzem Papier an und lege dieses in den Mikrowellenherd (ohne Drehteller). Herdeinstellung: höchste Stufe, 30–45 Sekunden Die Marshmellows blähen sich an manchen Stellen auf ( 108.3 ), da die Interferenzen der Mikrowellen im Garraum des Mikrowellenherdes ein Muster bilden, dessen Maxima als Hot Spots bezeichnet werden. Die Hot Spots haben eine gegenseitige Entfernung gleich der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung. Diesen Versuch kann man auch mit einer Tafel Schokolade durchführen. Man legt sie so lange in den Garraum, bis die ersten Stellen geschmolzen sind. Danach misst man den Abstand der geschmolzenen Stellen (VORSICHT: HEISS!). Schätze aus den Ergebnissen der Messung die Lichtwellenlänge ab. Untersuche, überlege, forsche: Medizinischer Einsatz von Mikrowellen 108.1 Erkundige dich genauer über die Einsatzgebiete der Kurzwellentherapie und die Wirkungsweise von Mikrowellen auf den menschlichen Körper. Temperaturstrahlung Jeder Körper sendet ständig elektromagnetische Wellen aus. Man bezeichnet diese Strahlung als Temperaturstrahlung ( 108.4 und Physik 8). Ihre Frequenz hängt von der Temperatur ab. Bei Temperaturen unter 500 °C wird diese Strahlung vor allem im infraroten Be- reich emittiert und subjektiv als Wärme empfunden. Bei höheren Temperaturen sendet der Körper auch sichtbares Licht aus. Die Strahlung der Sonne, aber auch die Strahlung von Glühlampen sind Beispiele dafür. 108.1 Magnetfeldröhren (Magnetrons) wer- den in Richtantennen für Radarstrahlen und in Mikrowellenherden verwendet. 2 5 1 3 4 6 7 8 9 10 11 108.2 Aufbau eines Mikrowellenherdes 1 Bodenplatte 2 Gehäuse 3 Garraum 4 Deckplatte 5 Reflektorflügel 6 Einkopplung 7 Hohlleiter 8 Koppelstift 9 Magnetron 10 Kühlgebläse 11 Elektronik 108.3 Marshmellows nach einer Mikrowellenbehandlung. Es haben sich so genannte Hot Spots gebildet. 108.4 Infrarotbilder zeigen die Wärmever- teilung an Fenstern und Wand. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv