Was ist ein Mikrowellen-Erwärmungsgerät?
Mikrowellen-Erwärmungsgeräte sind Geräte, die dielektrische Materialien durch elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen im Mikrometerbereich erwärmen.
Bei anderen Erwärmungsmethoden (z. B. mit Heißluft oder elektrischer Strahlung) wird die Wärme allmählich von der Oberfläche des Objekts abgeleitet und erwärmt, was eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt.
Die Mikrowellenerwärmung hingegen reagiert direkt mit den Molekülen im Inneren des Materials, so dass die Innentemperatur in kürzerer Zeit erhöht werden kann. Da Mikrowellen nahezu gleichmäßig auf das Objekt eingestrahlt werden können, kann die Substanz sowohl innen als auch außen gleichmäßig erwärmt werden, und da die Erwärmungseffizienz vom dielektrischen Verlust des Objekts abhängt, kann die Substanz auch entsprechend dem Verlustfaktor selektiv erwärmt werden.
Anwendungen von Mikrowellen-Erwärmungsgeräten
Die bekannteste Anwendung von Mikrowellen-Erwärmungsgeräten sind Mikrowellenöfen, aber sie werden auch industriell für lebensmittelbezogene Anwendungen eingesetzt.
Konkrete Beispiele sind das Kochen, Sterilisieren und Trocknen von Lebensmitteln. Wenn beispielsweise Mikrowellen-Erwärmungsgeräte beim Erhitzen von Hähnchen verwendet werden, kann die Erhitzungszeit im Vergleich zu konventionellen Methoden halbiert und sogar ein teilweises Nachdunkeln der Knochen verhindert werden.
Die Mikrowellenerwärmung wird auch zur Trocknung von Holz, Druckerzeugnissen, Textilien und Papier sowie im medizinischen Bereich zur Behandlung von Krebs durch Thermotherapie eingesetzt.
Funktionsweise von Mikrowellen-Erwärmungsgeräten
Elektromagnetische Wellen, wie z. B. Mikrowellen, wirken auf Materialien ein, indem sie die Intensität des elektrischen Feldes periodisch verändern.
Im Gegensatz zu Leitern wie Metallen haben Isolatoren (Dielektrika) wie Wasser eine Polarität in den Molekülen selbst, so dass sie mit dem elektrischen Feld der elektromagnetischen Wellen reagieren und eine Verzerrung in der Verteilung der positiven und negativen Ladungen in den Molekülen innerhalb des dielektrischen Körpers verursachen.
Mit zunehmender Frequenz der elektromagnetischen Wellen rotieren und vibrieren die Moleküle, aus denen das Dielektrikum besteht, heftig und stoßen miteinander zusammen, aber höhere Frequenzen sind nicht unbedingt leichter zu erwärmen. Wenn die Frequenz zu hoch ist, können die Moleküle im Dielektrikum nicht reagieren.
Im Falle von Wasser reagiert es gut auf elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich (Infrarotstrahlung). Die durch die Reaktion erzeugte Energie (innere Energie) wird in Wärme umgewandelt, die das Dielektrikum erwärmt. Mikrowellen-Erwärmungsgeräte sind mit Elektronenröhren, so genannten Magnetrons, ausgestattet, um Mikrowellen zu erzeugen. Die hier ausgesandten Mikrowellen werden in den Heizofen geleitet, wo sie das Objekt erhitzen.