Wie funktioniert eine Mikrowelle?

Mikrowellen erleichtern das Erwärmen von Speisen ungemein. Wer will schon für einen Teller extra den Herd anstellen müssen? Wie funktioniert eine Mikrowelle und ist ihre Strahlung wirklich gefährlich?

Die erste Mikrowelle in den USA wog 350 kg, war 1,70 m hoch und kostete 5000 Dollar. Kaum zu glauben, dass mittlerweile in fast jedem Haushalt eine zu finden ist. Doch es gibt auch viele die glauben, die Strahlung von Mikrowellen sei nicht ganz ungefährlich.

Funktionsweise von Mikrowellen

Der Magnetron, eine Laufzeitröhre, erzeugt Mikrowellen, die sich im Garraum verteilen. Sie versetzten die Wassermoleküle in den Speisen und Flüssigkeiten in Bewegung. Diese reiben nun aneinander und erzeugen so Wärme. Damit die Speisen gleichmäßig erwärmt werden, gibt es in Mikrowellen meist einen Drehteller. Außerdem wird die Wellenverteilung durch Reflektoren im Garraum zusätzlich unterstützt.

Mikrowellen erwärmen bestimmte Materialien anders, als es beispielsweise durch Absorption von Infrarotstrahlung oder durch Wärmeleitung geschieht. Infrarotstrahlung regt Molekülschwingungen an, wobei die Atomkerne Zitterbewegungen um ihre Ruhelage ausführen. Für diese Anregung ist ein äußeres Dipolmoment nicht erforderlich.

Ein ganz anderer Mechanismus wirkt, wenn Mikrowellen auf Moleküle treffen, die ein elektrisches Dipolmoment besitzen, und dieser Dipol sich drehen kann. In einer Kristallstruktur, wie beispielsweise in gefrorenem Wasser (Eis), ist diese Beweglichkeit nicht gegeben. In flüssigem Wasser dagegen sind die bewegungshemmenden Wasserstoffbrücken sehr kurzlebig, in der Größenordnung von 200 fs (Femtosekunden), sodass die Wassermoleküle mit einer ausreichenden Anregung in Bewegung versetzt werden können.

Bei der Bestrahlung mit Mikrowellen bewirkt die elektrische Feldstärkekomponente der elektromagnetischen Welle (E-Feld-Komponente) nun eine Kraftwirkung auf das Wassermolekül (Kraft ist gleich Feldstärke mal Ladung), sodass auf das Molekül ein Drehmoment wirkt und es eine Drehbewegung vollzieht. Benachbarte Moleküle erfahren ebenfalls ein Drehmoment und drehen sich. Durch die Rotation erhöht sich die kinetische Energie des Wassers und somit die Temperatur.

Ein quantitatives Modell dieser dielektrischen Erwärmung wurde von Peter Debye entwickelt und nach ihm benannt. Gemäß der Debye-Relaxation existiert keine Resonanzfrequenz im strengen Sinn, wohl aber ein breiter Frequenzbereich, in dem der dielektrische Verlustfaktor (das ist der Imaginärteil der komplexen Permittivität eines Materials bei vorgegebener Frequenz) besonders groß ist. Für Wasser liegt er, abhängig von der Temperatur und vom Salzgehalt, in der Größenordnung von 30 GHz.

Mikrowellen: Gefahr aus der Küche?

Bei vielen hält sich die Behauptung hartnäckig, Mikrowellen seien nicht nur praktisch, sondern vor allem schädlich. Zunächst stimmt es, dass Mikrowellen auch in menschliche Zellen eindringen können, da wir Wassermoleküle in unserem Körper haben.

Was passieren würde, wenn wir Mikrowellen frei ausgesetzt würden, können wir uns vorstellen, wenn wir an diverse Unfälle mit Haustieren denken.

Die Mikrowellen können jedoch nicht aus dem Gehäuse austreten. Sie sind abgeschirmt und ohne das Einrasten der Tür kann eine Mikrowelle nicht eingeschaltet werden.

Die Vermutungen Mikrowellen seien krebserregend oder verändern den Energiegehalt der Nahrung, konnten bisher nicht bestätigt werden. Jedenfalls unterscheiden sich die Lebensmittel, laut dem Bundesamt für Strahlenschutz, nach der Erwärmung in einer Mikrowelle nicht von herkömmlich erwärmten Lebensmitteln.

Ein Energieverlust erfolgt beim Aufwärmen immer – egal ob in der Mikrowelle oder auf altmodische Art. Trotzdem ist es wichtig, bei eventuellen Beschädigungen nur den Fachmann an das Gerät zu lassen und es vorerst nicht zu benutzen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.