Magnetron

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie
Spring naar navigatie Spring naar zoeken
Magnetron Bauknecht MWUT 1617, ca. 1988. Met rechthoekige glasplaat, schoepenrad in kunststof omhulsel, invoertoetsenbord, deuropeningsknop, LED digitaal display.

Een magnetron en een magnetron of magnetron (korte golf) is een apparaat voor het snel opwarmen, koken en koken van voedsel, vloeistoffen en andere geschikte materialen. Het effect is gebaseerd op de omzetting van elektromagnetische veldenergie in thermische energie tijdens de absorptie van microgolven .

verhaal

De Amerikaanse ingenieur Percy Spencer (1894-1970) ontdekte dat voedsel kan worden verwarmd door microgolfstraling toen hij magnetrons voor radarsystemen bouwde bij Raytheon (een fabrikant van hoogfrequente technologie). Tijdens het werken op een radar kreeg hij een vreemd gevoel en merkte hij dat een reep in zijn zak begon te smelten. Hij was niet de eerste die dit fenomeen opmerkte, maar als houder van 120 patenten kende hij ontdekkingen en experimenten en begreep hij wat er was gebeurd: de radar had de chocolade gesmolten met behulp van de microgolfstraling. Popcorn was het eerste voedsel dat specifiek op deze manier werd bereid, het tweede een ei (dat explodeerde voor de ogen van de onderzoekers). In Noord-Amerika is magnetronpopcorn een van de meest gebruikte voedingsmiddelen in de magnetron. Andere methoden van privébereiding (bijvoorbeeld met hete lucht) zijn bijna volledig verdrongen.

In 1946 [1] bouwde Spencer het eerste exemplaar van een " radarfornuis " [2] (magnetron), genaamd Raydarange [3] ( in 1947 Radarange [4] genoemd ); [5] hij was bijna 1,80 m hoog en woog 340 kg. Hij was watergekoeld en had een vermogen van 3000 W, ongeveer drie keer zoveel als de huidige huishoudelijke apparaten. In 1954 was een van de eerste commerciële magnetronovens 1.600 watt en kostte tussen de $ 2.000 en $ 3.000. Magnetronovens zijn ontwikkeld en verkocht door bedrijven die ervaring hadden met magnetrons door het ontwikkelen van radars; ze werden aanvankelijk voornamelijk geproduceerd voor passagiersvliegtuigen voordat de apparaten hun weg vonden naar kantinekeukens en particuliere huishoudens. Als gezamenlijke ontwikkeling met Raytheon lanceerde het Amerikaanse bedrijf Tappan in 1955 de eerste magnetron voor thuisgebruik met afmetingen die geschikt zijn voor woonkamers. In 1964 was de RL-1 1396 keer verkocht, ondanks de hoge prijs van 1.300 dollar. Een model bevindt zich nu in het National Museum of American History . [6] In 1965 kwam het eerste apparaat met wijdverbreid gebruik op de markt voor 495 USD (koopkracht in 2015, afhankelijk van de berekeningswijze minimaal 3700 USD).

1988 Machtigingsbrief voor het bedienen van een magnetron

Omdat de prijzen van magnetronovens in de jaren zeventig snel daalden, steeg de verkoop aanzienlijk. In 1970 werden in de VS 40.000 toestellen verkocht, in 1975 waren dat er al een miljoen. In 1997 had 95% van de Amerikaanse huishoudens een magnetron, [7] in Duitsland was dat in 2016 74%. [8e]

Actie modus

Dipoolmoment van een H 2 O-molecuul,
rood: negatieve gedeeltelijke lading
blauw: positieve gedeeltelijke lading
groen: directionele dipool
De permittiviteit van water (20 ° C) is zwak afhankelijk van de temperatuur, maar zeer sterk van de frequentie. Het reële deel is bepalend voor het berekenen van de capaciteit van een condensator, het denkbeeldige deel kenmerkt de energieopname.

Microgolven verwarmen bepaalde materialen op een andere manier dan ze doen, bijvoorbeeld door infraroodstraling te absorberen of door geleiding . Hoewel de verwarming ook door absorptie plaatsvindt, is de penetratiediepte in het microgolfgebied veel groter - er is als het ware een zekere transparantie - zodat de absorptie ook in de diepten van het te koken voedsel plaatsvindt. Gebruikelijke magnetronschalen zijn praktisch volledig transparant voor magnetrons (uitzondering: bruiningsschalen). Bij conventionele verwarming met straling (bijv. vuur, grill, oven, glaskeramische kookplaat) daarentegen vindt absorptie plaats in de bovenste lagen, omdat warmtestraling in het betreffende golflengtebereik slechts een zeer lage indringdiepte heeft - althans bij de gebruikelijke materialen waaruit voedsel en kookgerei worden gemaakt; deze materialen zijn als het ware ondoorzichtig. De warmte wordt vanaf het oppervlak verdeeld door geleiding en eventueel convectie .

Om precies te zijn, microgolfstraling stimuleert een roterende beweging van de moleculen; Voorwaarde is dat de moleculen een elektrisch dipoolmoment hebben . Een heel ander mechanisme werkt wanneer infraroodstraling (d.w.z. de essentiële bijdrage van warmtestraling ) moleculen raakt: het stimuleert moleculaire trillingen , waarbij de atoomkernen trillende bewegingen maken rond hun rustpositie. Voor deze bekrachtiging is geen extern dipoolmoment nodig. Een andere voorwaarde voor het effect van microgolfstraling is dat de dipoolmoleculen kunnen roteren. In een kristalstructuur , zoals bevroren water (ijs), wordt deze mobiliteit niet gegeven. In vloeibaar water daarentegen zijn de bewegingsremmende waterstofbruggen van zeer korte duur, in de orde van 200 fs ( femtoseconden ; ter vergelijking: de periode van de gebruikelijke 2,455 GHz-oscillatie is meer dan tweeduizend keer langer), [9] zodat de watermoleculen met voldoende excitatie kunnen worden bewogen.

Wanneer bestraald met microgolven, oefent de elektrische veldsterktecomponent van de elektromagnetische golf (E-veldcomponent) nu een kracht uit op het watermolecuul (kracht is gelijk aan veldsterkte maal lading), zodat een koppel op het molecuul inwerkt en het roteert. Naburige moleculen ervaren ook een koppel en roteren. De rotatie verhoogt de kinetische energie van het water en daarmee de temperatuur .

Een kwantitatief model van deze diëlektrische verwarming is ontwikkeld door Peter Debye en naar hem vernoemd. Volgens Debye-relaxatie is er geen resonantiefrequentie in strikte zin, maar is er een breed frequentiebereik waarin de diëlektrische verliesfactor (dat wil zeggen het denkbeeldige deel van de complexe permittiviteit van een materiaal bij een bepaalde frequentie) bijzonder groot is. Voor water ligt het in de orde van 30 GHz, afhankelijk van de temperatuur en het zoutgehalte. [10]

Als de frequenties te hoog zijn, kunnen de moleculen door hun traagheid de verandering in het elektromagnetische veld niet meer volgen en is er geen rotatie-excitatie en dus geen temperatuurstijging. In de technische praktijk is dit echter grotendeels irrelevant omdat om andere redenen toch aanzienlijk lagere frequenties worden gebruikt.

De wijdverbreide veronderstelling dat de frequentie van de magnetron overeenkomt met een bepaalde resonantiefrequentie van water is onjuist. [11] De laagste resonantiefrequentie van het vrije watermolecuul is 22,23508 GHz. Zodra zijn directe buren het molecuul beïnvloeden - wat zeker het geval is bij vloeibaar of vast water - wordt de bijbehorende spectraallijn onherkenbaar verbreed , zodat zelfs relatief ver verwijderde frequenties tot een excitatie leiden. Vanwege de overige technische en praktische randvoorwaarden wordt een beduidend lagere frequentie gehanteerd:

  • De vermogensoscillator (magnetron) met minimaal 500 W moet eenvoudig en goedkoop te vervaardigen zijn en een hoog rendement hebben.
  • De golflengte moet beduidend kleiner zijn dan de afmetingen van de kookruimte.
  • De golflengte moet constant blijven omdat de resonantieafdichting van de deurspleet daarop is afgestemd en wordt niet effectief als de afwijkingen te groot zijn.
  • Het frequentiebereik moet vrij beschikbaar zijn voor particuliere en industriële toepassingen ( ISM-band ).
  • De penetratiediepte van de elektromagnetische golven in voedsel moet enkele centimeters zijn. Hoe lager de frequentie, hoe groter de penetratiediepte, maar hoe lager de absorptie. Als de frequentie te hoog is, is de indringdiepte klein, zodat alleen het oppervlak wordt verwarmd.

In de praktijk heeft de frequentie van 2,455 GHz grotendeels de overhand gehad, wat overeenkomt met een golflengte van 12,22 cm. Een magnetron voor het opwekken van elektromagnetische velden met deze frequentie kan goedkoop en compact worden vervaardigd; de frequentie kan niet worden gewijzigd vanwege de interne mechanische afmetingen. De penetratiediepte in organische stoffen en ook in water ligt dan in het bereik van enkele centimeters. In sommige landen, zoals de Verenigde Staten , wordt de frequentie rond de 915 MHz ook gebruikt voor industriële magnetronovens. Daar kan het bereik tussen 902 en 928 MHz vrij worden gebruikt als ISM-frequentieband.

efficiëntie

Een magnetronoven zet slechts 65 procent [12] van de elektrische energie die hij verbruikt om in microgolfstraling (de rest is afvalwarmte), maar de microgolven die worden gegenereerd, verwarmen alleen het voedsel en niet de oven zelf of zijn omgeving. Daarom is de magnetron energetisch efficiënter met kleinere porties. Een richtlijn is 250 ml vloeibare stof. Het is goedkoper om 250 ml vloeistof (of 250 gram voedsel op waterbasis) in een magnetron te verwarmen dan in een pan op een elektrisch fornuis.

Daarnaast kunnen etenswaren direct op het bord worden opgewarmd en dranken (zoals melk) in het kopje of glas in de magnetron. Het is niet nodig om het kookgerei schoon te maken na gebruik van een conventioneel fornuis. Als je hun verbruik van hulpbronnen (energie, water, reinigingsmiddelen) meetelt in de analyse, gaat de efficiëntie van de hele bereiding op een conventionele kachel verder achteruit.

bouw

Magnetron van een magnetron, koperen anodeblok opengesneden, magneten en koelribben verwijderd
Schakelschema van de voeding van de magnetron van een magnetron
Magnetron schema
Eenfasige synchroonmotor met tandwiel voor de draaischijfaandrijving
Binnenaanzicht van een magnetron; Onder andere te zien: het (deels oververhitte) kunstmatige mica-venster voor de invoer van de microgolven
Weergeven als sferisch panorama

De microgolven worden met behulp van een magnetron opgewekt en door middel van een golfgeleider in de kookruimte geleid. De kookruimte is van metaal en hoogfrequent dicht, wat voorkomt dat de microgolven zich uit het apparaat verspreiden.

Voor de voeding van de magnetron is een hoge anodespanning nodig (ca. 5 kV ), die met behulp van een hoogspanningstransformator en een spanningsverdubbelingsschakeling in het apparaat wordt opgewekt. De op de kathode aangelegde hoogspanning wisselt periodiek tussen 0 en ongeveer -5 kV bij een frequentie van 50 Hz. De drempelspanning van de magnetron heeft tot gevolg dat er alleen korte stroompulsen optreden als de voedingsspanning groter is dan de drempelspanning. De anode van de magnetron is verbonden met de behuizing van de magnetron, d.w.z. met aardpotentiaal, zodat de zendantenne niet op hoogspanningspotentiaal staat. De transformator levert ook stroom aan de hete kathode van de magnetron. Een ventilator koelt de magnetron en transformator en blaast hun warmteverlies door de oven om deze droog te houden.

Het stralingsveld van de ingebouwde microgolfantenne vult de ovenruimte ongelijkmatig. Om een ​​gelijkmatige verwarming van het voedsel te bereiken, worden zogenaamde wobblers of roerders - roterende metalen waaiers - gebruikt, die de vibratiemodi van de kookruimte voortdurend veranderen. Deze wielen bevinden zich meestal onder een kunststof mica of kunststof afdekking in het plafond van de kookruimte en worden aangedreven door de stroming van koellucht. Bij veel apparaten draait het eten ook op een draaiplateau.

De deur is in meerdere opzichten veiligheidsrelevant. Het schermt de microgolven van buitenaf af en voorkomt dat het apparaat werkt als de deur open is. Tevens geeft het zicht op de kookruimte door een ruit waar voor een geperforeerde plaat ligt. De openingen in de geperforeerde plaat zijn veel kleiner dan de golflengte van de microgolven van ongeveer 12 cm, zodat het gebied buiten de inbouwruit afgeschermd blijft van het elektromagnetische veld in de kookruimte.

Het deurkozijn vormt een omlopende spleet met de rand van de kookruimte. Het is een zogenaamde resonantieafdichting. De breedte van de deuropening is een kwart van de golflengte (λ / 4), d.w.z. ca. 3 cm, de dikte van de opening (afstand deur / kookruimte) is niet kritisch. Zonder elektrisch contact fungeert de spleet als een frequentieselectieve afdichting voor de elektromagnetische velden in de oven. De functie is gebaseerd op de slimme combinatie van stukken met een lengte van λ / 4. Hetzelfde wordt gebruikt voor golfgeleiderverbindingen .

Prestatieregeling

De vermogensregeling van een magnetron wordt in de meeste apparaten gedaan door intermitterende werking door middel van een elektromechanische timer of een microcontroller. Om het door de operator ingestelde vermogen te bereiken, worden de magnetron en zijn verwarmingsspanning om de paar seconden via de transformator in- en uitgeschakeld. Het gemiddelde vermogen wordt geregeld door de verhouding tussen aan- en uitschakeltijd. Een apparaat van 1200 watt dat de operator op 600 watt heeft ingesteld, zal dus afwisselend bijvoorbeeld 5 seconden 1200 watt stralingsvermogen aan het voedsel geven en vervolgens 5 seconden inactief zijn. De vermogensspecificatie via het bedieningspaneel is de gemiddelde waarde. De schakeltijd kan door de mechanische schakelaars (relais, timer) en het levensverkortende inschakelen van de magnetron zonder kathodevoorverwarming niet verder worden verkort en kan, afhankelijk van het maximale vermogen, ook bij dezelfde uitgangsvoorkeuze tot verschillende resultaten leiden; voor gevoelige voedingsmiddelen, zoals B. vissen, zelfs kortdurend gebruik van maximaal vermogen kan leiden tot plaatselijke brandwonden. Er zijn dus apparaten met een schakelende voeding (zogenaamde invertertechnologie) die de kathode continu verwarmen en de gemiddelde anodestroom elektronisch kunnen regelen. Het gewenste vermogen wordt dan vrijwel continu door de magnetron geleverd. [13] [14]

Een magnetronoven mag nooit worden aangezet met een lege oven, omdat het vermogen van de magnetron altijd voldoende moet worden opgenomen. Anders wordt het teruggekaatst in de magnetron, waardoor het beschadigd kan raken.

Door de reflecties ontstaat in de kookruimte een driedimensionaal patroon van interferentiemaxima , hot spots genaamd, waarbij meer energie wordt overgedragen aan het te koken voedsel. De locatie van hotspots kan worden gedetecteerd door thermisch papier in te voeren . [15] Ondanks tegenmaatregelen zoals draaitafels of roterende reflecterende spiegels (Roerder, Engels voor "roerder"), kunnen afzonderlijke delen van het voedsel oververhit raken. Door het verschillende watergehalte van verschillende gerechten kan ondanks roerder en draaiplateau inhomogene verhitting optreden. Botten worden maar weinig warm in vergelijking met vlees. Zout voedsel warmt meer op dan vet voedsel. Om ervoor te zorgen dat het voedsel gaar is, is het raadzaam het af te dekken en indien nodig langer op een lager vermogen te koken of na een korte opwarmfase te roeren. Roeren voor toediening is vooral handig wanneer babyvoeding wordt opgewarmd om hete gebieden te mengen.

In droogvoer kunnen hete plekken verkoling en verontreinigende stoffen veroorzaken.

Het effect van oververhitting van water (zie vertraagd koken ) in gladde vaten is een mogelijke bron van gevaar. Het kan voorkomen dat water boven het kookpunt wordt verwarmd zonder te koken - dit risico ontstaat vooral bij herhaalde verwarming in de magnetron vanwege het afnemende aandeel opgeloste gassen. Het oververhitte water kan bij het verplaatsen (bijvoorbeeld bij het tappen) plotseling verdampen; een deel van het water verdampt explosief en kokend water wordt uit het vat gegooid. Een glazen staaf of lepel die in het vat wordt geplaatst en met deze apparaten op de bodem van het vat krast, helpt om vertraagd koken te voorkomen, omdat de contactpunten op de bodem fungeren als een kern voor de vorming van dampbellen.

Harnas porselein , glas of thermoplastische kunststof absorbeert geen microgolven, en zal dus niet worden verwarmd door de straling, maar alleen indirect als het voedsel door geleiding. Kunststoffen kunnen echter bij een bepaalde temperatuur zacht worden of smelten. Om deze reden zijn sommige containers gemarkeerd met het merkteken "magnetronbestendig". [16] Speciale zogenaamde bruiningsschalen en andere lossy diëlektrische of elektrisch matig geleidende stoffen en ferromagnetische keramiek worden daarentegen ook direct verwarmd.

Ongeglazuurde aardewerken schalen of schalen met barsten in het glazuur kunnen water bevatten, dat het dan ook direct opwarmt. Aardewerk keramiek kan ook ijzeroxide bevatten, dat ook microgolven absorbeert. Dit kan ertoe leiden dat de vaten zeer heet worden terwijl de inhoud nauwelijks wordt verwarmd.

gevaren

Magnetron straling

Waarschuwingssymbool voor niet-ioniserende straling zoals microgolven

Microgolfstraling heeft ook een verwarmend effect op menselijk weefsel . Bij de standaard 2,45 GHz wordt de indringdiepte gegeven in enkele centimeters. Lokale verwarming kan het weefsel beschadigen (verbrandingen, denaturatie ). Vooral weefsel met een slechte doorbloeding, dat de warmte niet snel via de bloedbaan kan afvoeren en dat zich ook aan het oppervlak (zoals de ogen) bevindt, loopt gevaar. Ook zijn in dierexperimenten veranderingen in oogstructuur en -functie veroorzaakt door microgolven in het bereik van laag gemiddeld vermogen zonder een relevante temperatuurstijging aangetoond. [17] [18]

Bij een intacte magnetronoven is de lekstraling relatief laag door de afscherming van de kookruimte. Volgens hetFederaal Bureau voor Stralingsbescherming is een "emissiegrenswaarde van vijf milliwatt per vierkante centimeter (komt overeen met 50 watt per vierkante meter) op een afstand van vijf centimeter van het apparaatoppervlak" gespecificeerd in de toepasselijke veiligheidsnormen (stralingsdichtheid of vermogensfluxdichtheid in W / m 2 ). De grenswaarden werden altijd in acht genomen tijdens controles. Desalniettemin beveelt de BfS aan om "in principe onnodige blootstelling aan hoogfrequente velden te vermijden". Daarom "moet er speciaal op worden gelet dat kinderen niet voor of naast het apparaat staan ​​terwijl het voedsel wordt bereid". De BfS noemt ook zwangere vrouwen als bijzonder risicovol. [19] Op een afstand van 30 centimeter is er slechts "ongeveer vijf tot tien procent van de microgolfintensiteit gemeten op het oppervlak van het apparaat".

Zelfs in het geval van een storing zijn magnetrons door meerdere zekeringen goed beveiligd tegen gebruik met de deur open. Apparaten met een beschadigde of verbogen behuizing of deuren mogen niet meer worden gebruikt, omdat in dit geval buiten het apparaat relatief sterke hoogfrequente elektromagnetische velden kunnen optreden, die tot verwondingen kunnen leiden. De occasionele mening dat het gebruik van microgolven kanker veroorzaakt, is wetenschappelijk niet houdbaar. Een mutageen effect van elektromagnetische straling treedt alleen op bij ioniserende straling . Het bereik van ioniserende straling begint bij golflengten korter dan ongeveer 250 nm, wat overeenkomt met een frequentie groter dan 1.200.000 GHz; dat is in het ultraviolette bereik (overgang van UV-A naar UV-B). De frequentie van microgolven ligt echter bijna zes orden van grootte onder de grens voor ioniserende straling.

Effecten met elektrisch geleidende stoffen (inclusief metalen)

Door het hoge zendvermogen van de magnetron kunnen in alle geleidende materialen stromen van meer dan 20 ampère vloeien, ook metalen delen in de oven. Dunne metaallagen, bijvoorbeeld aluminiumfolie of de gouden rand van platen, kunnen door vonken smelten of verdampen. Dikkere metalen voorwerpen zoals bestek kunnen heet worden.

Als een metaal stukken met onjuiste geometrie, zoals vorken, of het introduceren van een kleine afstand tot de wand van de bereidingskamer kan overslagen optreden als de opgewekte elektrische veldsterkte voldoende is (= 10 6 V · m-1).

Het verwarmen van voedsel dat geheel of gedeeltelijk in aluminiumfolie is gewikkeld, brengt het risico van vonken en bogen bij overlappingen en randen met zich mee, en het aluminium reflecteert ook de microgolven.

Volledig metallisch ingekapseld voedsel wordt niet verwarmd en de magnetron wordt thermisch overbelast door mismatch / terugreflectie van de microgolven.

Er zijn risico's verbonden aan het inbrengen van metaal in de magnetronoven.

Brandgevaar

Magnetron met draaiknoppen voor vermogen en duur. Rookvorming door oververhit voedsel.

Bepaalde voedingsmiddelen en andere stoffen kunnen in een magnetron zo heet worden dat ze gaan smeulen of verbranden. Microgolven verwarmen niet alleen watermoleculen, maar alle moleculen met een dipoolmoment en elektrisch geleidende stoffen. De hoge veldsterkten kunnen ook leiden tot de vorming van bogen in voedsel. Sterke geïnduceerde stromen kunnen ook leiden tot verkoling. Deze zijn vaak niet zichtbaar - althans van buitenaf.

De resulterende verkoling en ook vlammen absorberen microgolfstraling en versterken het effect. Veel magnetronovens hebben daarom een thermische schakelaar boven de kookruimte in het gebied van de luchtuitlaat, die het apparaat uitschakelt als het oververhit raakt. Branden die binnen plaatsvinden worden door de dubbelwandige behuizing geïsoleerd van de omgeving, maar kunnen bij het vuur schadelijke gassen ontwikkelen, die ook naar buiten worden geleid door de ventilator, die meestal na de stookperiode blijft draaien.

Effect op voedingsstoffen

Microgolven hebben zelf te weinig energie om chemische bindingen te verbreken. Omdat het echter wordt verwarmd bij andere kookmethoden, worden waterstofbruggen in water en in biomoleculen verstoord en dit veroorzaakt denaturatie .

De opvatting dat magnetronovens de voedingswaarde van voedsel verminderen door vitamines en fytochemicaliën meer te vernietigen dan andere verwarmingsprocessen, is grotendeels ongegrond. Uit een onderzoek [20] bleek dat antioxidanten in broccoli bijvoorbeeld meer werden vernietigd door verwarming in een magnetron dan door andere verwarmingsmethoden. [21] Vergelijkingen met andere verhittingsmethoden zijn nauwelijks te maken omdat conventioneel koken een meer homogene temperatuurverdeling geeft, terwijl braden en bakken een veel inhomogenere is.

Het genereren van verontreinigende stoffen door het proces van microgolfverwarming wordt herhaaldelijk besproken. Net als bij andere kookmethoden, kan een mogelijke bron van verontreinigende stoffen lokale brandwonden op voedsel zijn. Oververhitting van voedsel vormt een reële bedreiging voor voedingsstoffen, omdat veel voedingsstoffen bij hoge temperaturen worden vernietigd. Dit geldt echter ook voor andere bereidingswijzen.

Voedselhygiene

Zoals hierboven al vermeld onder vermogensregeling , vindt de verwarming ongelijkmatig plaats. Naast de daar genoemde hotspots zijn er ook cold spots . Ze vormen een hygiënisch risico bij het opwarmen van voedsel met microgolfstraling, omdat salmonella of listeria daar kan overleven.

In een experiment hadden Amerikaanse onderzoekers vers gekochte, met listeria besmette kippen gekookt in de magnetron. In meer dan de helft van de monsters was Listeria achteraf nog aantoonbaar, ongeacht het vermogen, de grootte van de kookruimte of of er een draaiplateau aanwezig was. Om deze reden raadt de Duitse voedingsvereniging aan om bijvoorbeeld geen kip of gehakt in de magnetron te koken. [22]

Voedsel voorbereiding

Ongeveer 73% van de huishoudens in Duitsland heeft een magnetron [23] . Naast het snel opwarmen van eten en drinken (porties tot ca. 500 g), zijn de apparaten ook geschikt voor het smelten van boter, gelatine of cakeglazuur of het roosteren van gedroogde kokos- of amandelsticks [24] .

ontdooien

Het probleem met ontdooien is dat de watermoleculen in het ijs niet erg mobiel zijn. Daarom absorberen gebieden van het bevroren voedsel die al zijn ontdooid microgolven beter dan die die nog bevroren zijn, zodat de reeds ontdooide gebieden snel warmer worden dan bevroren gebieden. Het ontdooien van diepgevroren voedsel gebeurt deels door warmteoverdracht van reeds vloeibaar water. Het ontdooien wordt ook versneld als er door eerdere werkstappen vloeibaar water aan de diepvriesproducten is gehecht. De ontdooifunctie van een magnetron werkt daarom met een laag vermogen, zodat er voldoende tijd is om de warmte van de vloeistofgebieden naar de bevroren gebieden te laten gaan.

Geen bruiningsreactie

Tijdens normaal koken (afgezien van de reeds genoemde lokale verbrandingsprocessen) in de magnetron, worden de temperaturen die nodig zijn voor het ontstaan ​​van bruiningsreacties ( Maillard-reactie , bijv. voor braden of gebakken eieren) niet bereikt. De geassocieerde met de Maillard-reactie vorming van melanoïdines ( roosteren -Aromastoffen) blijft dan uit. Daarom worden er ook magnetrons met grill- of heteluchtfunctie (combinatieapparaten) aangeboden. Er zijn ook speciale bruiningsschalen voor kleinere porties vlees, waarbij metaaloxiden zijn ingebed in de oppervlaktecoating, die worden verwarmd door de microgolfenergie en zo bruiningseffecten kunnen bereiken. [25]

Andere gebruiken

Grote microgolfapparaten worden industrieel gebruikt als alternatief voor autoclaven voor de productie van vezelcomposietmaterialen ; hun mogelijke toepassingen worden onderzocht. Interessant zijn de energiebesparingen in vergelijking met andere productiemethoden voor vezelcomposietmaterialen. Dit is gebaseerd op het feit dat alleen het werkstuk zelf wordt verwarmd (zie werkwijze en efficiëntie ). Verdere toepassingen zijn het drogen van voedingsmiddelen zoals pasta , de warmtestabilisatie van graan zaailingen of het drogen van andere materialen. Verder worden microgolfapparaten gebruikt voor synthese in het chemisch laboratorium. [26]

Therapeutisch gebruik

Microgolven met tot enkele honderden watts worden ook therapeutisch gebruikt om weefsel te verwarmen in de medische procedure van diathermie . Net als bij microgolfovens wordt de warmtetoevoer geregeld via gepulseerd in- en uitschakelen.

Drogen

Microgolven met een vermogen van vele kilowatts worden gebruikt voor industrieel drogen en verwarmen, voor plasmageneratie en in deeltjesversnellers . Net als in de magnetron worden ze gegenereerd met magnetrons of klystrons .

Vernietiging van RFID-chips

Na de introductie van het ePassport riepen de Chaos Computer Club en tegenstanders van toenemende toezichtmaatregelen op tot burgerlijke ongehoorzaamheid om een ​​magnetron te gebruiken om de chip in het document, waarop de persoonsgegevens van de houder zijn opgeslagen, te vernietigen. Er wordt ook op gewezen dat het paspoort geldig blijft, omdat het de identiteit van de persoon nog steeds mogelijk maakt. [27]

literatuur

  • Thorsten Oliver Kraemer: Wie heeft de magnetron eigenlijk uitgevonden? Grote uitvindingen en hun uitvinders. Boeken op aanvraag, Norderstedt 2009, ISBN 3-8370-3777-0 .
  • Klaus-Peter Möllmann, Michael Vollmer: Koken met centimetergolven: de fysica van de huishoudelijke magnetron. In: Natuurkunde in onze tijd . Jaargang 35 (1), 2004. blz. 38-44, ISSN 0031-9252

web links

Commons : Magnetronovens - Verzameling van foto's, video's en audiobestanden
Wiktionary: Mikrowellenherd – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. SPIEGEL ONLINE, Hamburg Germany: Mikrowelle: Percy Spencers Zufalls-Entdeckung im US-Militär-Labor. Abgerufen am 3. November 2019 .
  2. HAUSHALT / MIKROWELLENHERDE: Dann eben rosa. In: Der Spiegel Ausgabe 14/1968. 1. April 1968, abgerufen am 30. Januar 2017 .
  3. Siehe Logo auf dem Foto unter [1]
  4. Siehe Logo auf und Bildunterschrift zu dem Foto unter [2]
  5. Erfindung des Mikrowellenherds – Ssssss… Bing! bei spiegel.de/einestages, eingefügt 25. Jan. 2015.
  6. Tappan RL-1 Objektbeschreibung , National Museum of American History , abgerufen 11. Februar 2020
  7. Paul R. Liegey: Hedonic Quality Adjustment Methods For Microwave Ovens In the US CPI. Bureau of Labor Statistics, United States Department of Labor, 16. Oktober 2001, abgerufen am 5. Oktober 2013 (amerikanisches Englisch).
  8. Statistisches Bundesamt , Stichtag 1. Januar 2011. DeStatis und DSTATIS – Wirtschaftsrechnungen, Fachserie 15, Reihe 2, S. 11, 2011 .
  9. Richard J. Saykally et al.: Unified description of temperature-dependent hydrogen-bond rearrangements in liquid water. In: PNAS. Vol. 102, 2005, S. 14171–14174 doi:10.1073/pnas.0506899102
  10. Martin Chaplin: Water Structure and Science .
  11. Camelia Gabriel, Sami Gabriel, Edward H. Grant, Edward H. Grant, Ben SJ Halstead, D. Michael P. Mingos: Dielectric parameters relevant to microwave dielectric heating . In: Chemical Society Reviews . Band   27 , Nr.   3 , Januar 1998, ISSN 1460-4744 , S.   213–224 , doi : 10.1039/A827213Z .
  12. Mehr Experimente mit der Haushaltsmikrowelle. (PDF; 406 kB).
  13. Inverter Mikrowelle – für empfindliche Lebensmittel , mikrowellen.net, abgerufen am 4. April 2020.
  14. Panasonic Mikrowellen mit Inverter-Technologie , Website eines Herstellers, abgerufen am 4. April 2020.
  15. Institut Dr. Flad: Chemie in der Mikrowelle, Kap.7: Ermitteln von Hotspots. (PDF) In: Eduthek Dr. Flad. Institut Dr. Flad, 1. August 2018, abgerufen am 5. Januar 2019 .
  16. Mikrowelle: Das sind geeignete Gefäße . In: praxistipps.chip.de .
  17. HA Kues, JC Monahan et al.: Increased sensitivity of the non-human primate eye to microwave radiation following ophthalmic drug pretreatment. In: Bioelectromagnetics. Band 13 (5), S. 379–393.
  18. K. Saito, T. Saiga et al.: Reversible irritative effect of acute 2.45GHz microwave exposure on rabbit eyes – a preliminary evaluation. In: The Journal of Toxicological Sciences. Band 23 (3), S. 197–203.
  19. Bundesamt für Strahlenschutz, Hochfrequente elektromagnetische Felder im Haushalt: Mikrowellengeräte, Infoblatt, Stand: September 2012 (PDF; 451 kB).
  20. James Randerson: Microwave cooking zaps nutrients. In: Journal of the Science of Food and Agriculture . Band 83. Seite 1511.
  21. Mikrowellen zerstören Inhaltsstoffe von Gemüse. Bei orf.at
  22. Stiftung Warentest: Mikrowellengeräte - Vorsicht bei Geflügel - Stiftung Warentest . In: www.test.de .
  23. Ausstattung privater Haushalte mit elektrischen Haushalts- und sonstigen Geräten auf www.destatis.de (Link geprüft am 28. April 2021)
  24. Mikrowelle auf www.hauswirtschaft.info (Link geprüft am 28. April 2021)
  25. HEA-Fachwissen / Mikrowellen - Anwendung. Abgerufen am 4. Januar 2019 .
  26. Fabian Fischer: Synthesen mit Mikrowellen: Moderne Organische Chemie . In: Chemie in unserer Zeit . Band   36 , Nr.   4 , 2002, ISSN 1521-3781 , S.   240–244 , doi : 10.1002/1521-3781(200208)36:43.0.CO;2-W .
  27. Hacken im Polizeistaat. In: Die Zeit vom 2. Januar 2006.