Big Bang 7, Schulbuch

Energieübertragung durch EM-Wellen 30 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen 29 Info: Tarnkappentechnologie Das Radar im Straßenverkehr sendet kontinuierlich, weil man nicht an der Entfernung interessiert ist. Interessant ist in diesem Fall die Frequenzverschiebung durch die Bewe- gung des Fahrzeugs (Dopplereffekt), aus der man dann auf die Geschwindigkeit schließen kann ( F9 ; Kap. 20.3, „Big Bang 6“). Als Erfinder des Mikrowellenherds gilt der Amerikaner P ERCY S PENCER . Dieser arbeitete 1945 in einem Labor, in dem mit Radar-Wellen experimentiert wurde. Angeblich schmolz dadurch ein Schokoriegel in seiner Jackentasche, was ihn auf die Idee des Mikrowellenherds brachte. Abb. 30.9: Rotierende Radar-Antenne auf einem Schiff: Sie dient als Sender und Empfänger. Tarnkappentechnologie Die Tarnkappentechnologie oder Stealth-Technik (engl. stealth = Heimlichkeit) bezeichnet alle Maßnahmen, um ein Objekt im EM-Wellen-Spektrum möglichst unsichtbar zu ma- chen, also auch für Radar. Tarnkappenbomber haben spezi- elle Formen, die kaum Radar-Wellen zum Sender zurückwer- fen. Das liegt unter anderem daran, dass die Flugzeugteile kaum Innenecken bilden, die wie „Katzenaugen“ wirken würden (Abb. 30.10 rechts). Weiters sind Tarnkappenbomber mit einem Speziallack bestrichen, in dem Metallkügelchen durch die Radar-Wellen in Schwingungen versetzt werden und den Großteil der Wellenenergie in Wärme umwandeln. Der Radarquerschnitt, der ein Maß für das Echo ist, liegt bei einem normalen Bomber bei etwa 20m 2 , bei Tarnkappen- bombern bei nur rund 0,01m 2 – sie wirken am Schirm nicht größer als ein Singvogel ( F8 ). i Abb. 30.10: Links: Der Tarnkappenbomber B-2 Spirit; Rechts: Innenecken würden Strahlen wieder in Senderichtung zurückwerfen. Abb. 30.11: a) Schematischer Aufbau eines Mikrowellenherds: 1) Kühl- gebläse, 2) Magnetron, 3) Hohlleiter, 4) Reflektorflügel b) Aufbau eines Magnetrons Sein Prototyp war mit 2m Höhe und 400 kg gewaltig! Die Erzeugung der Mikrowellen erfolgte aber damals wie heute mit einem Magnetron (Abb. 30.11 b). In ihm sendet eine Kathode Elektronen aus, die sich auf Grund eines Magnet- feldes auf Kreisbahnen bewegen. Eine Kreisbahn bedeutet aber immer eine Beschleunigung, und diese führt bei Ladungen zur Emission von EM-Wellen (siehe Kap. 28.1, S. 15). Warum wärmen Mikrowellen? Wassermoleküle sind Dipole und richten sich im elektrischen Feld aus (Abb. 30.12). Weil sich dieses ständig ändert, beginnen die Moleküle in ra- sendem Tempo zu schwingen. Durch Reibung entsteht Wärme – die Speisen werden quasi warmgezittert. Die Fre- quenz liegt typischerweise bei rund 2,5 GHz, das entspricht 12 cm Wellenlänge. Die Wellen können einige Zentimeter tief in die Speisen eindringen (Abb. 31.20, S. 40) und erwär- men diese auch von innen. Damit die Wellen den Ofen nicht verlassen können, ist die Glasfront mit einem Gitter versehen. Dieses wirkt wie ein Faraday-Käfig und schützt davor, dass auch der Koch ge- kocht wird. Der Drehteller ist nötig, weil sich im Inneren stehende Wellen ausbilden, die die Speisen sonst sehr un- gleichmäßig erwärmen würden (Kap. 19.5, „Big Bang 6“). Abb. 30.12: Die Dipol-Moleküle des Wassers schwingen durch die EM-Wellen einige Milliarden Mal pro Sekunde. Zusammenfassung Mikrowellen haben 1mm bis 1m Wellenlänge. Beim Radar nutzt man Reflexion und Doppler-Effekt aus, um Entfernung und Geschwindigkeit von Objekten festzustellen, beim Mikrowellenherd die Dipol-Struktur von Wasser, um die Moleküle zu Schwingungen anzuregen. Z Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv