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Wissenschaft im Alltag: Schneller satt

Der Mikrowellenherd


Mikrowellen sind elektromagnetische Strahlen im Frequenzbereich von 1 bis 1000 Gigahertz. In Herden nutzt man 2,45 GHz – das elektromagnetische Feld schwingt 2,45-milliardenmal in der Sekunde; dies entspricht in Luft einer Wellenlänge von 12,25 Zentimetern. Moleküle, die an einem Ende "etwas negativer" und am anderen "etwas positiver" geladen sind wie zum Beispiel Wasser, beginnen in einem solchen Wechselfeld ebenfalls zu schwingen. Diese verstärkte Molekülbewegung ist direkt als Temperaturerhöhung messbar.

Heute stehen Mikrowellenherde in mehr als sechzig Prozent der deutschen Küchen, denn das Verfahren erwärmt insbesondere wasser- und fetthaltige Nahrungsmittel deutlich schneller als etwa der klassische Kochtopf. Der überträgt durch Wärmeleitung Energie von der elektrisch beheizten Kochplatte auf eine Speise, ein Grill erwärmt durch infrarote Strahlung, ein Umluftherd mittels heißer Luft. In allen drei Fällen erreicht die Energie zunächst die Oberfläche des Garguts und gelangt durch Wärmeleitung in das Innere. Das verhindert ein schnelles Erhitzen.

Anders im Mikrowellenherd: Die elektromagnetischen Wechselfelder dringen in das Lebensmittel ein und werden erst im Innern absorbiert und in Wärme umgesetzt. Während es nichts hilft, die Temperatur eines Backofens zu erhöhen, um einen Braten schneller auf den Tisch zu bringen – er wird lediglich außen verkohlen –, lässt sich per Mikrowelle eine höhere Leistungen in das Gargut bringen und das Essen so schneller zubereiten.

Allerdings kommt man auch beim Mikrowellenherd nicht ganz ohne Wärmeleitung aus. Die Eindringtiefe der Wellen ist begrenzt, zum Beispiel verlieren sie in Fleisch je nach Salz- und Wassergehalt ein Drittel ihrer Energie auf den ersten 2,5 Zentimetern. Die auf dieser Strecke erzeugte Wärme wird dann auf Grund der Temperaturdifferenz nach innen weitergeleitet. Hersteller von Fertigmahlzeiten achten auch darauf, ihr Produkt möglichst homogen zu machen, denn unterschiedliche Bestandteile oder Aggregatzustände werden nicht gleich schnell heiß. So absorbiert flüssiges Wasser Mikrowellen stark, gefrorenes jedoch kaum, denn die Moleküle sind im Eis stärker gebunden. Zum Auftauen von Lebensmitteln muss man sich also auch in der Mikrowelle Zeit nehmen. Zudem empfiehlt es sich, das Gargut gelegentlich umzurühren und nach dem Erhitzen noch ein wenig Zeit zu geben, in der sich die Wärme gleichmäßiger in der Speise verteilen kann.

Bei der Konstruktion der Öfen wie bei der Gestaltung speziellen Mikrowellengeschirrs versuchen die Entwickler auch Reflexionen an Grenzflächen zu vermeiden, denn bei Überlagerung können sich die Wellen gegenseitig verstärken oder abschwächen, sodass heiße oder kalte Stellen im Gargut die Folge wären.


Wussten Sie schon?


- Der erste Mikrowellenherd wurde 1954 verkauft. Er wog 750 Kilogramm, hatte eine Leistung von 1600 Watt und war so groß wie eine Gefriertruhe.

- Die Idee, Mikrowellen zum Kochen zu verwenden, stammt von Percy LeBaron Spencer von der Firma Raytheon. Er bemerkte, dass Radarstrahlen einen Schokoladenriegel in seiner Jackentasche geschmolzen hatten.

- Anders als ultraviolette oder Röntgenstrahlung wirken Mikrowellen nicht ionisierend, sie können aber einen ungeschützten Körperteil schnell erwärmen. Metallgehäuse und feine Drähte, eine Lochblende oder ein Gitter in der Glastür schirmen Mikrowellen deshalb nach außen ab. Im Betrieb darf die Leckstrahlung in fünf Zentimetern Entfernung nicht stärker sein als die Wärmestrahlung, die von einem menschlichen Körper ausgeht, nämlich 5 mW/cm2.

- Metallenes Geschirr oder solches mit elektrisch leitenden Dekorationen wie Goldrändern haben im Miktrowellenofen nichts verloren, denn in der Oberfläche von Metallen entstehen Wirbelströme hoher Stromdichte. Das Metall schmilzt, verdampft und spritzt als Funken im elektrischen Feld zwischen Metallgegenstand und Wand davon.

- Da die Luft im Mikrowellenherd kalt ist, geben die äußeren Schichten der Lebensmittel Wärme ab, sind also innen heißer als außen. Deshalb kann sich keine braune Kruste bilden wie beispielsweise beim Braten in der Pfanne. Ist diese aber gewünscht, kann spezielles Geschirr abhelfen, das sich selbst im Strahlenfeld aufheizt.

- Metallgehäuse und feine Drähte, eine Lochblende oder ein Gitter in der Glastür schirmen Mikrowellen nach außen ab. In der Oberfläche von Metallen induzieren Mikrowellen aber auf Grund ihrer geringen Eindringtiefe Wirbelströme hoher Stromdichte. In Geschirren mit elektrisch leitenden Dekorationen wie etwa Goldrändern kann diese so hoch werden, dass das Metall schmilzt, verdampft und als Funken im elektrischen Feld zwischen Metallgegenstand und Wand davon spritzt.

- Da die Luft im Mikrowellenherd kalt ist, geben die äußeren Schichten der Lebensmittel Wärme nach außen ab. Sie sind deshalb innen heißer als außen. Aus diesem Grund kann sich keine braune Kruste bilden wie beispielsweise beim Braten in der Pfanne. Ist diese aber gewünscht, kann spezielles Geschirr abhelfen, das sich selbst im Strahlenfeld aufheizt.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 11 / 2003, Seite 42
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
11 / 2003

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 11 / 2003

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