Der Mikrowellenherd

 
Bei einem Mikrowellenherd werden Speisen nicht durch Kontakt mit einer heissen Fläche oder heisser Luft, sondern durch Absorption von Mikrowellen erwärmt. Diese versetzen in dem Gargut dessen Wassermoleküle in Schwingungen, deren Bewegungen erzeugen dadurch Wärme.

 

Die Funktionsweise des Mikrowellenherds

Die zu verwendenden Mikrowellen werden durch eine besonderen Art einer Vakuumröhre erzeugt, einer sogenannten Magnetfeldröhre oder Magnetron.
In solch einem Magnetron wird aus einer durch einen Hochspannungstransformator erzeugten Hochspannung von etwa 4000 Volt ein Elektronenstrom gebildet, welcher durch ein mittels einer Spule gebildetes Magnetfeld in eine kreisförmige Bahn gelenkt wird. Durch Schlitze und Resonatorkammern entstehen dabei wie bei einer Pfeife hochfrequente Schwingungen, die Mikrowellen, welche in den Garraum geleitet werden.
Die metallischen Wände und das mit einem Drahtgitter versehene Fenster in der Türe des Garraumes reflektieren die eingeleiteten Mikrowellen mehrfach darin, wobei sich diese in Abhängigkeit von den Abmessungen und dem Gargut überlagen und je nach genauem Ort verschieden starke Feldstärken (und Wirkung) entfalten. Zwecks einer gleichförmigen Erwärmung werden deshalb entweder die Speisen mit einem Drehteller gedreht und/oder die Mikrowellen mit einem sich drehenden metallischen Flügel (Wobbler oder "Wellenrührer") ungleichmäßig reflektiert.
Schema eines Mikrowellenherds, aus MS Encarta 99)


Die Sendefrequenz von 2.455 MHz

Die beim Mikrowellenherd zum Erwärmen verwendetete Frequenz liegt bei 2.455 MHz mit einer Leistung von einigen hundert Watt.
Es ist ein weitverbreiteter Irrtum, dass diese Frequenz die Resonanzfrequenz von Wasser sei oder in dessen Nähe liegt: Die Resonanzfrequenz von Wasser liegt weit höher, für einzelne Moleküle nämlich in der Nähe von 20.000 MHz (20 GHz) und hat insgesamt kein ausgeprägtes Maximum.
Dagegen liegt die Frequenz von 2.455 MHz in einem eigens für technische Zwecke freigegebenen Frequenzband (ISM-Band ) und wurde deshalb ausgewählt, da bei dieser Frequenz die Funkwellen noch tief genug ins Gargut eindringen und dieses dadurch effektiv erwärmen können (siehe bei den Links unten, "Die Physik der Haushaltsmikrowelle").

 

Die Sicherheit beim Mikrowellenherd

Die im Garraum vorhandenen Mikrowellen werden durch dessen metallischen Wände und durch ein Drahtgitter in der Türe zwar stark, aber nicht vollständig abgeschirmt.
Der in Deutschland vorgeschriebene Grenzwert für die aussen gemessene Leistungsflussdichte liegt bei 5 mW/cm² (50 W/m²) in 5cm Abstand. Bei diesem Grenzwert ist in einem Meter Abstand die Leistungdichte bereits auf weniger als 0,01 mW/cm² (0,1 W/m²) abgesunken.
Die üblichen Geräte liegen durchweg noch um den Faktor Zehn und mehr darunter.

Mehrere Sicherheitsschalter verhindern, dass das Gerät auch bei geöffneter Türe arbeitet. Daher sollte an dieser nicht manipuliert werden, ebenso wie ein an Fenster oder Türdichtung schadhaftes Gerät repariert bzw. ausgetauscht werden sollte.

 

Mehr Details zum Mikrowellenkochen

Dazu eine Beschreibung von Prof. Leitgeb:

Beim herkömmlichen Kochen und Braten gelangt die Wärme von außen durch Wärmeleitung oder Konvektion ins Innere der Nahrung. Bei Oberflächentemperaturen weit über dem Siedepunkt des Wassers verwandelt sich dabei das Myoglobin des Fleisches zunächst in hellrotes Oxymyoglobin, das sich dann weiter zersetzt und braun wird: Die hohe Temperatur verändert an der Oberfläche auch Geschmack und Aroma des Fleisches.

Im Mikrowellenherd hingegen dringt die Strahlungsenergie in das Kochgut ein und wird dort vor allem durch die Wassermoleküle absorbiert, die ihrerseits die festen Bestandteile erwärmen.

Die Erwärmung des Wassers kann durch Mikrowellen so schnell erfolgen, daß der Dampf zum Problem werden kann: So kann z. B. ein Ei oder auch nur der unbeschädigte Eidotter durch die schnelle Wasserdampfbildung explodieren. Ähnliches kann sich auch z.B. in einer Bratpfanne ereignen, wenn Fetttröpfchen auf dem Bratensaft schwimmen und dort seine Wärmeabgabe an die Luft behindern. Dies hat eine lokale Überhitzung zur Folge, bis die »isolierenden« Fetttröpfchen explosionsartig verspritzt werden.

Wasser kann nur erhitzt werden, wenn seine Moleküle frei beweglich sind. Eis und gefrorene Speisen, bei denen die Wassermoleküle fest im Kristallgitter gebunden sind, können daher zunächst nur an jenen Stellen erwärmt werden, an denen Wasser in flüssiger Form vorhanden ist. Im Mikrowellenherd erwärmen sich daher zunächst die mit dem Flüssigkeitsfilm überzogene Oberfläche und die zahlreichen Stellen im Inneren des gefrorenen Kochgutes, in denen Wasser vorhanden ist. Von dort ausgehend taut die Umgebung auf, das zusätzliche Wasser absorbiert weitere Energie und ein durchgehendes Auftauen findet statt.

Die für die Anwendung im Mikrowellenherd empfohlenen Behälter absorbieren Mikrowellen nur wenig, sie werden nur deshalb heiß, weil das erwärmte Kochgut Wärme abgibt.

Im Mikrowellenbereich bis 300 GHz reicht die Energie von Strahlungsquanten nicht aus, um chemische Bindungen zu beeinflussen. Selbst schwache Bindungen durch Van-der-Waals-Kräfte mit Bindungsenergien im Bereich 0,04 bis 0,08 eV erfordern zu ihrer Lösung Strahlungsquanten im Infrarot-Bereich. Befürchtungen über chemische Veränderungen des Kochgutes im Mikrowellenherd sind daher unbegründet. Aufgrund der gleichmäßigen, auch in der Tiefe stattfindenden Erwärmung werden im Gegenteil gesundheitsschädliche Veränderungen sogar vermieden, wie sie z. B. bei konventionellen Kochmethoden auftreten können, wenn wegen zu großer Oberflächentemperaturen krebserregendes Benzpyren gebildet wird.

Wenn Nahrung nur auf Eßtemperatur erwärmt wird, können etwa enthaltene Bakterien auch mit der Mikrowelle nicht abgetötet werden. Fertiggerichte sollten daher grundsätzlich nur unmittelbar vor dem Essen und möglichst stark aufgewärmt werden.

 

Die Messung der Leistung von Mikrowellenherden

Die Leistung von Mikrowellenherden lässt mit zunehmenden Alter nach. Deshalb kann es von Interesse sein, die Mikrowellen-Leistung eines seit einiger Zeit in Gebrauch befindlichen Gerätes einmal selbst zu bestimmen.
Wer im Besitz eines genauen Thermometers ist, kann dies auf folgende Weise machen:

  1. Füllen Sie exakt ein Liter Wasser in einen mikrowellengeeigneten Behälter (möglichst aus Kunststoff).
  2. Messen Sie die Temperatur des Wassers.
  3. Stellen Sie den Behälter in den Mikrowellenherd und erwärmen Sie ihn genau 2 Minuten mit maximaler Leistung.
  4. Messen Sie erneut die Temperatur.
  5. Multiplizieren Sie die Temperaturdifferenz mit 35: Das ist dann die ungefähre Mikrowellen-Leistung des Herdes in Watt.
Anmerkung:
Auf dem Typenschild des Gerätes steht normalerweise die Leistung, welches das Gerät aus dem Stromnetz aufnimmt. Da der Wirkungsgrad der Mikrowellenerzeugung jedoch nur etwa 60% beträgt, ist die Mikrowellenleistung entsprechend geringer.

 

Mehr Information und Links

Ist Essen aus der Mikrowelle ungesund?
In diesem Beitrag wird die Frage erörtert, ob und – falls ja – warum Essen aus der Mikrowelle ungesund sein könnte. Dabei wird sowohl auf die Verminderung von für den menschlichen Körper wertvollen Nährstoffen eingegangen als auch auf ein mögliches Überleben schädlicher Salmonellen, Listerien etc. Nach Betrachtung von Kochgeschirr und Mikro-wellengerät selbst hinsichtlich möglicher negativer Ausdünstungen und Leckstrahlung spiegelt sich das Ergebnis schließlich in der Schlussbetrachtung wider.
Informationsseite des Schweizerischen Bundesamts für Gesundheit zu Mikrowellenöfen
Diese sehr umfangreiche Seite bietet eine Fülle von Informationen zur Technik und Verwendung von Mikrowellenöfen sowie deren Emissionen und eventueller gesundheitlicher Auswirkungen.
Physics of the  microwave oven
Der Beitrag aus der Zeitschrift Physics Education 39 (1) gibt einen kleinen Einblick in die Physik von Haushaltsmikrowellen. (211 KB)
Experimente mit Mikrowellen
Auf dieser Seite wird anhand einiger Bilder die Funktion eines Mikrowellenherdes beschrieben und es werden außer einer (nicht zur allgemeinen Nachahmung empfohlenen) Umbauanleitung auch mehrere "flammende" Experimente vorgestellt.
Radiation Leakage Of Before-Sale And Used Microwave Ovens
Für diese kanadische Studie wurden die Immissionen von 60 neuen und über 100 benutzten Mikrowellenherden gemessen und miteinander verglichen.
Water dielectric and microwave radiation
Diese englischsprachige Seite auf der Homepage der London South Bank University beschreibt die theoretischen Grundlagen des dielektrischen Verhaltens von Wasser in Abhängigkeit von seiner Temperatur und der Frequenz.


 

Navigation zu
  dieser Seite:
        
Homepage Elektrosmoginfo
Menüseite: Technische Informationen
    Der Mikrowellenherd                 
 
Zuletzt geändert: 04.01.09