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Die Mikrowelle

Die Mikrowelle. Gruppe: Alina Vekselman, Robert Kaluza, Hans-Walter Kropp Referent: Hans-Walter Kropp. Lehrinhalte. Die Eigenschaften der Mikrowelle basieren auf den elektromagnetischen Schwingungen und Wellen, die Inhalt der 12.Jahrgangsstufe an Gymnasien sind.

Rita
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Die Mikrowelle

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Presentation Transcript

  1. Die Mikrowelle Gruppe: Alina Vekselman, Robert Kaluza, Hans-Walter Kropp Referent: Hans-Walter Kropp

  2. Lehrinhalte • Die Eigenschaften der Mikrowelle basieren auf den elektromagnetischen Schwingungen und Wellen, die Inhalt der 12.Jahrgangsstufe an Gymnasien sind. • Es lassen sich in diesem Kontext verschieden physikalische Inhalte diskutieren. • Das Thema ist auch für fächerübergreifenden Unterricht (Biologie, Chemie) interessant.

  3. Geschichte der Mikrowelle • Erfinder: Percy Spencer • 1950 Patent, „Method of Treating Foodstuff“ • Anekdote:Bei Arbeiten mit der Mikrowellentechnik soll ein Schokoladenriegel in der Tasche geschmolzen sein. • Erste Versuche mit Popcorn und Eiern.

  4. Grundlagen 1 • Mikrowellen gehören zu den elektromagnetischen Wellen in dem Wellenlängenbereich von 1 mm bis 100 cm. • Dies entspricht einem Frequenzbereich von 300 GHz bis 0,3 GHz. • Mikrowellenherde arbeiten bei einer Frequenz von 2,455 GHz, was einer Wellenlänge von 12,2 cm entspricht.

  5. Grundlagen 2 • Wasser hat ein Dipolmoment. • Wassermoleküle in dem hochfrequenten elektrische Wechselfeld einer elektromagnetischen Welle treten mit dieser in Wechselwirkung.

  6. Wechselwirkung 1

  7. Wechselwirkung 2

  8. Grundlagen 3 • Die Kurven der Dielektrizitäts-konstante geben qualitativ die Absorption von Mikrowellen als Funktion der Frequenz an. • Eindringtiefe • Absorptionskoeffizient

  9. Grundlagen 4

  10. Die Mikrowelle • Das Herzstück eines Mikrowellenherdes ist das Magnetron zur Erzeugung der Mikrowellen. • Die Mikrowellen werden vom Magnetron entweder an der Oberseite oder seitlich eingestrahlt • Der Innenraum besteht aus metallischen Wänden. • Die Glastür ist mit einem Metallgitter versehen, und die Glühlampe der Innenbeleuchtung befindet sich hinter einem Drahtgitter.

  11. 10 grundlegende Fragenzur Mikrowelle[3]: • Physikalisch-technische Aspekte • Was sind Mikrowellen • Wie werden Mikrowellen erzeugt? • Wozu dient das Metallgitter an der Tür eines Mikrowellengeräts? • Phänomene • Warum werden manche Lebensmittel im Mikrowellengerät heiß, andere aber nicht? • Warum bleibt Tiefkühlkost an einigen Stellen gefroren, während andere Stellen sehr heiß werden? • Warum wird Fleisch im Mikrowellengerät nicht knusprig braun? • Warum kann ein Mikrowellengerät Speisen so schnell erhitzen? • Gesellschaftliche und gesundheitliche Aspekte • Ist ein Mikrowellengerät energiesparender als ein Herd? • Ist Nahrung aus dem Mikrowellengerät ungesund? • Ist es gefährlich, sich in der Nähe eines Mikrowellengeräts aufzuhalten?

  12. Versuch 1 • Thermopapier wird mit Wasser befeuchtet und in die Mikrowelle gelegt und die Mikrowelle für je 15s angeschaltet. • Thermopapier auf dem Boden. • Thermopapier auf kleine Bechergläser • Thermopapier auf große Bechergläser • Erst Temperaturen oberhalb von 60 bis 80°C lösen eine Verfärbung des Papiers aus.[2]

  13. Moden im Garraum • Nachweis der Moden mit reinem Wasser- • film und IR-Kamera. Alle Aufnahmen • wurden nach jeweils 15s Erwärmung • mit 800W Heizleistung gemacht. • Boden • 3,5cm Höhe • 8,0cm Höhe

  14. Vertikale Moden • Ein schlanker, hoher Glaszylinder voll Wasser zeigt, wie unregelmäßig die Moden auf der vertikalen Achse verteilt sind. • Vor dem Heizen • Nach 30s mit 800W Heizleistung

  15. Versuch 2 • Ist die Mikrowelle ein Faradayscher Käfig? • Das Handy wird in die Mikrowelle gelegt und angewählt.

  16. Versuch 3 • Verschiedene Flüssigkeiten werden erhitzt. • Jedes Becherglas enthält 50 ml Flüssigkeit und wird 30s erhitzt. • Die Temperatur wird gemessen. • Wasser • Wasser in Alu-Folie • Glycerin (Propan-1,2,3-triol) • Sonnenblumenöl (ca. 65% Linolsäure)

  17. Versuch 4 • Jedes Becherglas enthält 50g Magarine und wird bis zum Verflüssigen erhitzt. • Die Zeit wird gemessen. • Halbfette Margarine (Fettgehalt 39%) • Normale Margarine (Fettgehalt 75%) • Palmin-Pfanzenfett (Fettgehalt 100%)

  18. Versuch 5 • Ein Luftballon ist aufgeblasen. • Ein Luftballon mit 5 ml Wasser • Beide werden in die Mikrowelle gelegt und diese wird eingeschaltet.

  19. Versuch 6 • Mikrowellen-Absorption von Wasser und Eis:In einer kleinen Kaverne in einem Eisblock erhitzt sich flüssiges Wasser sehr schnell, während der „Kochtopf aus Eis“ kaum anschmilzt.

  20. Dieelektrizitätskonstanten verschiedener Speisen

  21. Literatur • [1] K.-P. Möllmann, M. Vollmer, Physik in unserer Zeit, 2004, 35(1), 36-44 • [2] D. Karstädt, K.-P. Möllmann, M. Vollmer, Physik in unserer Zeit, 2004, 35(2), 90-96 • [3] R. Berger, PdN-Ph, 2002, 2/51, 9-17 • [4] R. Berger, PdN-PhiS, 2007, 5-11 • [5] http://www.physik.uni-kassel.de/didaktik/material.htm • [6] I. Kaufmann, P. Menzel, 2007, 2/56, 31-34 • [7] A. Lühken, Unterricht Chemie, 2007, 100/101, 88-91 • [8] A. Lühken, H. J. Bader, Unterricht Chemie, 2002, 72, 30-32 • [9] de.wikipedia.org • [10] http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/microwaves/index.html • [11] http://www.lsbu.ac.uk/water/index.html

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