Mikrowellenherd

Der Mikrowellenherd

Einleitung:

Der Mikrowellenherd, was früher noch eine Seltenheit war, ist heute in vielen Restaurants und Haushalten vorzufinden. Man kann mit ihm Essen viel schneller erwärmen und zubereiten als mit einem normalen Backofen und außerdem verbraucht er weniger Strom. Speisen die mit dem Mikrowellenherd erhitzt worden sind, sehen aus wie gekocht oder gegart, d.h. sie haben keine Kruste. Doch die neueren Mikrowellen haben neben einer Auftau-Funktion auch eine Grillfunktion.

Erfinder:

Der Mikrowellenherd wurde 1946 von Percy Spencer (1894-1970) entwickelt. Er war ein neugieriger Mann ohne Schulabschluss. Mit 12 Jahren arbeitete er in einer Weberei und verkabelte eine Papierfabrik, dabei lernte er viel über Elektrotechnik. Um seinen Wissensdurst zu stillen, ging er zur Marine und wurde Funker. Nach dem 1. Weltkrieg beschäftigte er sich mit Radiotechnik. Er machte sehr viel Experimente und erwarb sich so sein Wissen über Mathematik, Physik, Chemie und Materialkunde. Spencer arbeitete während des 2. Weltkriegs für die Rüstungsfirma Raytheon, die Teile für Radaranlagen baute (ist heute eine der größten Mikrowellen Hersteller Amerikas).

Für Radaranlagen benötigt man ein „Magnetron“, das ist eine Vakuumröhre die Mikrowellen (Elektronenwellen) produziert. Durch elektromagnetische Felder können diese gelenkt und verstärkt werden. Während seiner Arbeit stand Spencer irgendwann einmal vor einem Magnetron und stellte dabei fest, dass ein Schokoriegel in seiner Hosentasche geschmolzen ist, obwohl er keine Wärme verspürte. Er wurde neugierig und legte Maiskörner vor das Magnetron, kurze Zeit später wurde Popkorn daraus. Nachdem er es auch mit einem Hühnerei probiert hatte (welches geplatzt ist), war die Idee geboren Nahrung mit Mikrowellen zu erhitzen. 1946 erhielt Raytheon ein Patent und 1947 kam unter Spencers Führung der erste Mikrowellenherd auf den Markt.

Dieser wog fast 350 kg, war 1,70 m hoch und kostete 5000 $, außerdem musste er mit Wasser gekühlt werden. Doch es wurde eifrig daran entwickelt und bald kamen die ersten Kleingeräte, die unter 500 $ gekostet haben, auf den Markt. Percy Spencer arbeitete bis zu seinem Lebensende für die Firma Raytheon.

Seit 1970 findet sich in fast jedem US-Amerikanischem Haushalt eine Mikrowelle.

Bild mit Beschreibung einer Mikrowelle:

Das wichtigste Bauteil des Mikrowellengerätes ist das Magnetron, ein Sender, der ähnlich wie bei Rundfunk- und Fernsehgeräten, die elektromagnetischen Wellen erzeugt und aussendet. Diese werden entweder direkt oder über einen Hohlleiter zum Garraum geführt, in den sie durch eine Öffnung gelangen.

Der Garraum besteht vollkommen aus metallischen Wänden, die zur leichten Reinigung mit Kunststoff, Emaille oder Lack überzogen sein können. Die Garraumtür hat ein mehrschichtiges Sichtfenster, welches mit einem Drahtgitter oder einem Lochblech versehen ist. Somit wird eine Reflexion der auftretenden Mikrowellen erzielt und ihr Austritt aus dem Gerät verhindert.

Wie funktioniert eine Mikrowelle:

In jedem Mikrowellenherd gibt es eine Magnetfeldröhre (Magnetron). Dort entstehen die Mikrowellen (elektromagnetische Wellen). Diese Mikrowellen bringen die Wassermoleküle, die in den Speisen enthalten   sind, zum Schwingen. Diese Mikrowellen/elektrischen Wellen schwingen mit einer extrem hohen Frequenz, jede Sekunde ca. 2,45 Milliarden mal. Wenn die Mikrowellen auf die Wassermoleküle einwirken, beginnen diese mit der selben Frequenz zu vibrieren. Da die Moleküle eine unregelmäßige Form haben, stoßen sie bei der Vibration zusammen und es entsteht Reibung. Durch diese Reibung entsteht dann Hitze (mechanische Energie->Wärmeenergie). Diese Wärme überträgt sich dann auf die ganze Speise und das Essen wird erwärmt. Der gleichmäßige Einfluss der Mikrowellen wird durch Reflektorflügel, rotierende Antennen oder Drehteller erreicht.

Elektromagnetische Wellen:

In dem Magnetron spielt sich folgendes ab: Offene Schwingkreise erhält man, wenn die Kondensatorplatten eines Schwingkreises auseinandergezogen werden. Man erhält einen Dipol oder Zweipol (gerader schwingungsfähiger Leiter).

Elektromagnetische Wellen entstehen, wenn sich elektrische und magnetische Felder vom Dipol ablösen; sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Eigenschaften elektromagnetischer Wellen sind unter anderem Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz (Überlagerung mehrerer Schwingungen die von der selben Quelle ausgehen) und Polarisation (zu Gegensätzen bilden).

Beispielliste elektromagnetischer Wellen:

Wärmeenergie:

-„Die Wärme ist eine Energieart. Sie kann durch Umwandlung aus anderen Energiearten entstehen und kann in andere Energiearten umgewandelt werden.“

-„Bei allen Energieumwandlungen bleibt der Betrag der Gesamtenergie erhalten. Energie kann nicht entstehen und kann nicht verloren gehen.“

Was war zu dieser Zeit noch los:

-Tupperware wurde 1946 von Earl Tupper erfunden

-1946: In den USA entdeckte Vincent Schaefer das Kohlenstoffdioxid unterkühlten Wasserdampf zu Schnee werden lässt. Er bewies es indem er aus einem Flugzeug Trockeneis auf eine Wolke fallen lässt. Er erschuf den ersten künstlichen Schnee.

-2 Atombomben  von den USA auf Japan beendeten den 2.Weltkrieg 1945.

-1946: Nachkriegszeit, viele Ländern Europas wurden zerstört und die Wirtschaft brach zusammen. Die Menschen lebten in bitterer Armut.

-1946 wurde der Motorroller von Corradino d´Ascanio entwickelt.

Negative Seiten von Mikrowellen:

Neben der Tatsache, dass z.B. Gemüse in der Mikrowelle einen großen Teil seiner Vitamine verliert, gibt es auch andere Gründe sein Essen vielleicht nicht in der Mikrowelle zu erwärmen.

Es gibt zahlreiche Theorien über das, was Mikrowellen mit dem Essen oder Lebewesen anstellen können. Es gibt 2 verschiedene arten von Gefahren:

1.    Mikrowellenstrahlung in der Umgebung der Geräte und

2. Nährwertveränderungen in den Lebensmitteln.

Die früheren Mikrowellen waren nicht so konstruiert, dass nur Mikrowellen ausgesandt werden dürfen wenn die Mikrowellentür fest verschlossen ist. Wenn man also die Tür öffnete, um zu schauen ob das Essen schon gut war, bekam man oft den Grauen Star, denn die Augen sind besonders empfindlich gegenüber Mikrowellenstrahlung. Auch heute sollte man nicht zu lange und zu nah an das Sichtfenster herangehen. Außerdem sollte der Mikrowellenherd nicht in Augenhöhe stehen. Man sollte die Mikrowelle auf Leckschäden kontrollieren und wenn sie kaputt ist von qualifizierten Fachwerkstätten reparieren lassen.

Es gibt viele Theorien von angeblichen gesundheitsschädigenden Eigenschaften mikrowellenbehandelter Nahrung, z.B. Blutbildveränderungen, Krebsentstehung (ein Großteil der Krebsbekämpfenden Stoffe im Essen werden in der Mikrowelle zerstört) und Verlust von Energie in der Nahrung.

Dass Essen aus der Mikrowelle schädlich ist, konnte nie wirklich bewiesen werden. Vielleicht wird es sich erst in 10 oder 20 Jahren herausstellen, dass Mikrowellen schädlich sind. So war es auch mit radioaktiven Stoffen, Röntgenstrahlung oder dem Rauchen. Man sollte am besten nicht alles in der Mikrowelle erwärmen, sondern mindestens die Hälfte auf herkömmliche Art. Es ist übrigens besser die Nahrung lieber mit einer niedrigen Wattzahl zu erhitzen als mit einer hohen.

Tipps zum Umgang mit der Mikrowelle:

Mikrowellen durchdringen Gefäße aus Glas und Porzellan. Auch Klarsichtfolie stellt kein Problem dar. Alufolie dagegen lässt die Strahlen abprallen. Bei Dingen aus Metall in der Mikrowelle kann es zu einem Blitz kommen und der Mikrowellenherd beschädigt werden. Außerdem gibt es auch spezielle Mikrowellen-Kochbücher.

Man kann sogar rohe Kartoffeln in der Mikrowelle zubereiten.

Als Beispiel:

250 g Salzkartoffeln (Gewicht wird angegeben) in gleich große Stücke schneiden(damit alle Stücke gleichschnell erwärmt werden), in eine mikrowellengeeignete Schüssel geben, 3 Esslöffel Wasser hinzugeben und bei 900 Watt ca. 5 min. erhitzen. Nach der Garzeit die Flüssigkeit sofort abgießen.

Geeignetes Geschirr:

Es gibt  spezielles Geschirr das sich als mikrowellengeeignet bezeichnet, aber auch normales Geschirr aus den oben genannten Materialien und Glaskeramik sowie hitzebeständiges glasiertes Keramikgeschirr ist geeignet. Hauptsache es kommt kein Metall oder verschlossene Gefäße in die Mikrowelle. Da flache Speisen besser garen als hohe, sollte man sein Geschirr anpassen. Außerdem ist es besser die speisen in ovale/runde Formen zu geben, anstatt in Eckige (in den Ecken kann es zu einer Mikrowellenkonzentration und damit zu einer Überhitzung kommen).

Quellenangabe:

http://www.haushaltscout.de/images/big/nn-v320mbig.jpg

http://www.raytheon.com/newsroom/photogal/spencerwithmagnetron_01.htm

Quelle 1
http://www.physik-astro.uni-bonn.de/outreach/tpik/images/Festkoerper.jpg

Google/Bilder

Bücher: "1000 Erfindungen und Entdeckungen", "Die Welt der Technik", "Das große Tafelwerk interaktiv", "Physik in Übersichten"

Anmerkungen zur Energiebilanz von Mikrowellengeräten gefunden und zugesandt von Nico Valentino, danke sehr.

Mikrowellen arbeiten weniger effizient als andere Geräte, nachzulesen z.B. hier:
http://www.wiley-vch.de/berlin/journals/phiuz/04-02/haushaltsmikrowelle_teil2.pdf
"Typische Messdaten sind zum Beispiel: 500 ml Wasser (m = 500g) erwärmen sich in t = 100 s in der Mikrowelle um ΔT = 25 °C, im Wasserkocher dagegen um ΔT = 75 °C. Um den Wirkungsgrad zu bestimmen, benötigt man noch die von den Geräten aufgenommene elektrische Leistung. Entweder man nutzt Herstellerangaben oder misst je nach zur Verfügung stehenden Messgeräten den fließenden Strom oder direkt die aufgenommene elektrische Leistung.
In unserem Fall betrug P_el(Kocher) ≈ 1850 W und P_el(Mikrowelle) ≈ 1260 W bei Herstellerangaben von 2000 W beziehungsweise 1200 W. Häufig ist bei Mikrowellengeräten nicht die elektrische Leistung sondern die maximale Mikrowellenleistung angegeben. In unserem Fall betrug sie laut Herstellerangabe 800 W, folglich geht schon ein Drittel der elektrischen
Energie bei der Umwandlung in Mikrowellen verloren!
Der Wirkungsgrad η berechnet sich dann gemäß η·P_el·t = c·m·ΔT,
wobei die spezifische Wärmekapazität von Wasser c = 4,182 kJ/(kg·K) ist. In unserem Beispiel fanden wir η = 41,5 % für die Mikrowelle (bezogen auf die elektrische Leistung) und für den Kocher η = 84,8 %. Die Absolutwerte schwanken zwar, im Allgemeinen liegt der Kocher aber immer etwa einen Faktor 2 über der Mikrowelle. Selbst wenn man nur die reine Mikrowellenleistung von 800W angesetzt hätte, wäre der Wirkungsgrad nur auf etwa 65% gestiegen. Das bedeutet, dass elektrische Kocher Wasser deutlich effizienter erhitzen als Mikrowellen."
ABER AUCH

gefunden bei wikipedia:

Ein Elektroherd setzt 100 % der elektrischen Energie in Wärme um. Ein Mikrowellenherd verwandelt nur 50 bis 60 % der aufgenommenen elektrischen Energie in Mikrowellenstrahlung, der Rest wird zu Abwärme. Andererseits heizen die Mikrowellen gezielt lediglich das Kochgut, nicht aber den Garraum und dessen Umgebung, weshalb der Mikrowellenherd bei kleineren Portionen energetisch günstiger ist: Als Richtwert gelten ca. 250 ml Flüssigsubstanz: Es ist hiernach günstiger, 250 ml Flüssigkeit bzw. 250 Gramm einer wasserhaltigen Speise im Mikrowellenherd zu erhitzen, statt in einem Topf auf dem Elektroherd, möglicherweise zusammen mit zusätzlich erforderlichem Wasser.
Das Erwärmen von Wasser ist allerdings im elektrischen Wasserkocher am effektivsten - er hat aufgrund der geringen Wärmekapazität seiner Heizspirale eine sehr viel höhere Effizienz als ein Magnetron oder eine Kochplatte.