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Wie funktioniert eine Mikrowelle?

Vor ein paar Wochen ging es um die Funktionsweise eines Induktionsherdes. Schon viel länger Einzug in die meisten Haushalte hat die „Mikrowelle“ erhalten. Eigentlich muss man von einem Mikrowellenherd sprechen, da die Mikrowelle nur das physikalische Phänomen hinter dem Gerät ist. Aber wie genau erwärmt ein Mikrowellenherd eigentlich das Essen?

Wie der Name schon sagt, spielen hier die sogenannten Mikrowellen die entscheidende Rolle. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 0,1 bis 30 cm. In Mikrowellenherden werden Wellen mit etwa 12 cm Länge erzeugt. Zum Vergleich: Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 0,4 bis 0,7 mm, Radiowellen liegen im Bereich von Metern bis hin zu Kilometern. Aber was bewirken die erzeugten Mikrowellen in dem Essen?

Eine elektromagnetische Welle hat nur einen Einfluss auf ein Molekül, wenn dieses einen Dipol besitzt. Das heißt, dass eine Seite des Moleküls leicht positiv, die andere Seite negativ geladen ist. Wasser, das in jedem unserer Lebensmittel enthalten ist, weißt genau so einen Dipol auf. Wenn ein Wassermolekül sich nun in einem elektromagnetischen Feld aus Mikrowellen befindet, wird es durch die Schwingung der Wellen in Rotation versetzt. Die Moleküle fangen also an sich zu bewegen. Da sie aber in einer festen Mahlzeit oder auch einer Flüssigkeit sehr eng nebeneinander liegen, kollidieren die Moleküle und durch die auftretende Reibung entsteht Wärme. Diese Wärme sorgt dann für die Erhitzung der gesamten Speise.

Da der menschliche Körper auch zu einem Großteil aus Wasser besteht, sind Mikrowellen für Menschen nicht ganz ungefährlich. Denn das Selbe, was mit dem Essen passiert, kann auch mit menschlichem Gewebe passieren, wenn es Mikrowellen ausgesetzt wird. Aus diesem Grund sind Mikrowellenherde nach außen hin mit einem Metallgehäuse abgeschirmt. An Metall werden Mikrowellen nämlich reflektiert und bleiben so im Inneren des Herdes. Auch in die eigentlich für Mikrowellen durchlässige Glasscheibe ist ein Metallgitter eingebaut. Durch die Sicherheitsfunktion, dass der Herd nur eingeschaltet werden kann, wenn die Klappe geschlossen ist, geht von so einem Herd allerdings keine Gefahr für den Betreiber aus.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/mikrowellenherd/

https://praxistipps.focus.de/wie-funktioniert-eine-mikrowelle-einfach-erklaert_45520

Warum werden schwarze Oberflächen heißer als weiße?

In den jetzt kommenden heißen Tagen merkt man es wieder extrem. Dunkle oder schwarze Oberflächen erwärmen sich in der Sonne viel stärker als helle. Das weiß eigentlich jeder aber hast du dich auch schon einmal gefragt warum das so ist?

Um das zu verstehen muss man erst einmal wissen, wie Farben überhaupt entstehen und warum ein Gegenstand schwarz oder vielleicht weiß ist.

Alles beginnt bei einer Lichtquelle. Diese Quelle sendet ein Lichtspektrum aus, also eine Überlagerung von elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Im besten Fall ist das die Sonne. Das Spektrum der Sonne deckt nämlich den ganzen sichtbaren Bereich des Lichts ab. Das bedeutet, dass das uns weiß erscheinende Licht der Sonne eine Überlagerung aller Farben ist (siehe auch „Wie entsteht ein Regenbogen„). Damit wissen wir schon einmal, dass die Farbe Weiß dann entsteht, wenn alle Farben überlagert unser Auge erreichen. Schwarz ist dann das genaue Gegenteil. Schwarz sehen wir wenn gar kein Licht bzw. keine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich in unser Auge fällt.

Von der Lichtquelle nun zu der Farbe eines Gegenstandes. Wenn beispielsweise Sonnenlicht auf eine uns rot erscheinende Oberfläche fällt, dann wird von dieser Oberfläche das Licht aller Wellenlängen absorbiert bis auf das rote. Absorbiert bedeutet, dass der Gegenstand die Energie des Lichts aufnimmt. Der in diesem Fall rote Teil des Lichts wird reflektiert und kann so unser Auge erreichen. Die Oberfläche sieht für uns also rot aus. Der zusätzliche Effekt der Absorption ist, das sich die Oberfläche durch die Aufnahme der Energie erwärmt. Je heller die Farbe, desto mehr wird von dem auftreffenden Licht reflektiert. Bis hin zu einer weißen Oberfläche, die alle Strahlung reflektiert und eine Überlagerung des kompletten Spektrums das Auge erreichen kann.

Mit diesem Wissen kann man sich auch erklären, warum ein schwarzer Gegenstand heißer wird als ein weißer. Der Schwarze absorbiert die komplette Strahlung, der Weiße reflektiert alles. Und nur durch die Absorption kann sich ein Gegenstand erwärmen.