Frage:

Wie funktioniert ein Mikrowellenherd?

Antwort:

Das Prinzip des Mikrowellenherdes geht auf eine zufällige Entdeckung des Amerikaners Percy Spencer im Jahre 1945 zurück, der beim Tüfteln an einem Radargerät angeblich bemerkte, wie ein Schokoriegel in seiner Nähe plötzlich zu schmelzen begann. In Radargeräten wie auch in anderen drahtlosen Kommunikationssystemen (Mobilfunk, Bluetooth, Satellitenfernsehen, WLAN) kommen Mikrowellen zum Einsatz: elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlänge zwischen 1mm und 1m liegt, was in etwa dem Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz entspricht. Die im Inneren eines Mikrowellenherdes erzeugte Strahlung liegt - wie der Name vermuten lässt - ebenfalls in diesem Bereich (12 cm Wellenlänge und Frequenz 2.455 GHz).

Was ist das besondere an dieser Strahlung? Schokolade im Sonnenlicht (und erst recht im Backofen) schmilzt doch schließlich auch! Der Unterschied liegt in der Art und Weise wie die Wärme zustande kommt: Mikrowellen durchdringen viele Substanzen praktisch ungehindert, z.B. Kunststoff, Glas und Luft (weshalb der Inhalt eines Glasgefäßes in der Mikrowelle bereits heiß sein kann, obwohl das Glas sich außen noch kalt anfühlt), während sie jedoch von Molekülen, die ein elektrisches Dipolmoment aufweisen, absorbiert werden.

Die Dipole, welche man sich als winzige Kompassnadeln vorstellen kann, werden im Strahlungsfeld der Mikrowelle, das zeitlich hin und her schwingt, periodisch neu ausgerichtet, was die Moleküle in Rotation versetzt. Der Speise in der Mikrowelle wird dabei Wärme (in Form von Rotationsenergie) zugeführt, wodurch die Speise sich erhitzt. Die Rotationsenergie dieser Moleküle wird durch molekulare Zusammenstöße auf benachbarte (auch unpolare!) Moleküle übertragen, wodurch sich die Wärme überall in der Speise ausbreiten kann. Der Absorptionsgrad richtet sich nach der Stärke des Dipolmoments: Wasser, ein starker Dipol, wird in der Mikrowelle sehr effizient erhitzt, wogegen dies für Proteine und Fette weit weniger der Fall ist – und im Übrigen auch für Wasser im gefrorenen Zustand! Warum? Weil die Dipole der Wassermoleküle im starren Gefüge des Eiskristalls sich kaum bewegen können. Deshalb dauert das Auftauen tiefgefrorener Speisen in der Mikrowelle auch sehr lange.