Extra Tip

Die 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.
Wenn man also auf die Schneeflocken in der Luft oder der Schneeschicht auf dem Boden schaut, so lenken die vielen Oberflächen Licht aus allen verschiedenen Richtungen auf unser Auge. Wir sehen eine Überlagerung aller Farben der Gegenstände und Lichtquellen in unserer Umgebung, was wir als Weiß wahrnehmen. Dieses Phänomen ist nicht auf Schnee beschränkt. Genauso erscheint der Haufen von Scherben einer zerschlagenen Glasscheibe weiß. Im Heimexperiment kann man auch beobachten, wie ein Schuss (fast) durchsichtigen Salatöls, den man mit dem Mixstab in einen Messbecher mit Wasser einrührt, in winzige Tropfen zerfallend das Wasser weiß wie Milch werden lässt.














Foto: bb

Die Wissenschaftler:
Dr. Michael Schnabel (geb. 1974) ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) in Göttingen. Er hat in Frankfurt und Regensburg Physik studiert und am MPIDS über Musterbildung und Selbstorganisation im Gehirn promoviert. Er erforscht die Frage was für Selbstorganisationsprozesse am Aufbau der Sehrinde im Gehirn beteiligt sind. Er ist verheiratet und Vater eines Kindes. 

„Frag’ den Wissenschaftler“ mit Unterstützung des Max-Planck Institutes für Dynamik und Selbstorganisation