Elektromagnetische Wellen

Beim Mikrowellenherd wird eine dem Klystron verwandte Röhre, die Magnetfeldröhre oder Magnetron (siehe Bild rechts) verwendet. Damit lassen sich Mikrowellen mit einer Frequenz von \(\rm 2{,}5\,GHz\) und einer Leistung von ca. \(\rm 500\,W\) erzeugen.

Diese Wellen werden durch ein Metallrohr, einen Hohlleiter gebündelt und bis zur Kochstelle weitergeleitet. Dort treffen sie auf rotierende Reflektoren, welche die Wellen in viele Richtungen umlenken und durch ihre Bewegung verhindern, dass es zu stehenden Wellen kommt, was sehr ungleichmäßige Energieverteilung als Folge hätte. Dadurch wird das Gargut direkt oder über Reflexionen an den Innenseiten des Herdes von allen Seiten erreicht.

Die Frequenz \(f = 2{,}5\, \mathrm{GHz}\) ist eine Eigenfrequenz der Wasserdipole. Moleküle im Gargut, die wie Wasser Dipole sind, geraten durch das hochfrequente elektrische Feld ins Schwingen. Durch gegenseitige Beeinflussung der Nachbarmoleküle setzen die schwingenden Dipole Energie in innere Energie der Umgebung um. In den Gefäßen aus Porzellan oder Kunststoff sind keine Dipole vorhanden, welche die Ausbreitung der Wellen verhindern.

Das Garen in der Mikrowelle unterscheidet sich ganz erheblich vom traditionellen Kochen mit Feuer, Gas oder Strom. Denn während sonst das Essen langsam von außen nach innen erwärmt wird, dringen die Mikrowellenstrahlen in die ersten \(\rm 3\, - \, 4\,cm\) des Garguts ein und erwärmen aus diesem gesamten Bereich heraus den Rest. Wasser absorbiert die Mikrowellenenergie am schnellsten, festere Strukturen wie Eis, Fasern oder Knochen werden dagegen nur allmählich warm. So kommt es häufig zu ungleichmäßiger Erwärmung der Speisen. Tiefkühlware ist oft außen schon heiß und innen noch kalt, bei Flüssigkeiten - etwa der Babymilch - ist es umgekehrt. Auch potentielle Krankheitserreger (Salmonellen, Listerien) werden wegen der sogenannten "cold spots" in der Mikrowelle nicht vollständig abgetötet, so dass sich mangelnde Hygiene beim Umgang mit der Nahrung rächen kann.

Sicherheitsvorkehrungen:
Abschirmung des Garraums 

Der Bereich, in dem sich die energietragenden Mikrowellen ausbreiten können ist durch Metalle bzw. Metallgitter gegen die Umwelt abgeschirmt. Damit auf diese Weise der Mikrowellenverbleib im Herd gewährleistet ist, sind den Herstellern entsprechende Normen auferlegt. Beim Öffnen der Tür muss sich die Mikrowelle ausschalten. Lediglich im Bereich der Türfuge kann eine geringe Menge Mikrowellenenergie, die sogenannte Leckstrahlung, austreten. International ist festgelegt, dass die Leckstrahlung in \(\rm 5\, cm\) Abstand vom Gerät einen Wert von \(\rm 5\,\frac{mW}{cm^2}\) nicht überschreiten darf. Wegen des Abfalls der Strahlungsleistung mit dem \(\frac{1}{r^2}\) - Gesetz verliert diese Strahlung mit größer werdendem Abstand schnell an Wirkung. In mehreren vom Bundesamt für Strahlenschutz durchgeführten Untersuchungen wurden neue sowie alte Geräte getestet mit dem Ergebnis, dass alle nur etwa \(1 \%\) der zugelassenen Leckstrahlung emittieren.

Abschirmung des Elekronetzes Auch in der anderen Richtung wird durch eine Entstördrossel (siehe rechtes Bild), die sich im Blechkasten unter dem Magnetron befindet, verhindert, dass die Hochfrequenz über den Netztrafo zur Störung anderer elektrischer Geräte führt.

Veränderungen bei der Nahrung
Dank der kritischen Diskussion in der Öffentlichkeit, ob nun Mikrowellen schädlich seien oder nicht, ist diese Garmethode gut untersucht worden. Im Nahrungsmittel selbst stellte man keine anderen Veränderungen als solche fest, die bei anderen Garmethoden auch auftreten. Beim Erwärmen von Gemüsen hat die Mikrowelle gegenüber konventionellen Garmethoden den Vorteil, dass Gemüse weniger Flüssigkeit verliert und mehr an ihrem Vitamin B- und Vitamin C-Gehalt erhalten bleibt. Eine Zeitlang konnte man lesen, dass durch Mikrowellen das Eiweiss verändert würde und so giftige Substanzen entstünden (z.B. in der Milch). Diese Behauptung konnte den darauffolgenden fundierten Untersuchungen u.a. des Bundesamtes für Gesundheitswesen nicht standhalten. Die Benutzung des Mikrowellengerätes ist also bei vernünftigem Umgang nicht ungesund. Ungesund ist aber manchmal das, was der Mikrowellenherd erhitzen muss. Sorgen Sie deshalb schon beim Einkaufen vor und wählen Sie die Nahrungsmittel abwechslungsreich und vielseitig aus.

Versuche mit dem Mikrowellenherd

Ing. Harald Chmela zeigt auf seiner Homepage Bilder und Videos einiger Experimente im Mikrowellenherd, die wegen ihrer Gefahren für Experimentator und Gerät nicht zur Nachahmung empfohlen werden können. So zerstören beispielsweise die Mikrowellen die Oberfläche einer CD (links) und bringen das Innere einer Glühlampe und auch deren Glas bis in den Plasmazustand (rechts).