Mikrowellen

Aufgrund ihrer Wellenlänge sind Mikrowellen besonders zum Anregen von Dipol- und Multipolschwingungen von Molekülen geeignet. Besonders anschaulich ist dieser Effekt bei der Schwingungsanregung von Wassermolekülen im Mikrowellenherd. Die Erwärmung von Wasser beruht nicht auf der Absorption bei einer bestimmten Resonanzfrequenz, sondern die Wassermoleküle richten sich als Dipole ständig nach dem elektromagnetischen Wechselfeld aus, wobei als dielektrischer Verlust Wärme entsteht. Die in Mikrowellenherden verwendete Frequenz liegt bei 2,45 GHz. Damit erzielt man einen guten Kompromiss zwischen Absorption und Eindringtiefe in das Gargut. Zum Vergleich: Die niedrigste Resonanzfrequenz des freien Wassermoleküls liegt bei 22,23508 GHz.

Der dielektrische Verlustfaktor, der spezifische elektrische Widerstand sowie magnetische Verluste bestimmen die frequenzabhängige Absorption der Mikrowellen an oder in Stoffen und somit deren Erwärmung.

Anders als Radiowellen werden Mikrowellen nicht an bestimmten Schichten der Erdatmosphäre reflektiert; sie breiten sich daher in der Atmosphäre nur geradlinig aus, und dies nahe der Erdoberfläche typischerweise mit einer Reichweite von ca. 50 km. Mikrowellen werden von Feuchtigkeit absorbiert, bei Frequenzen oberhalb von etwa 100 GHz auch von anderen Gasen in der Atmosphäre.[5]

Elektromagnetische Wellen oberhalb einer Frequenz von etwa 1 GHz können zunehmend schlechter mit einem Koaxialkabel übertragen werden, da die Verluste im Dielektrikum mit der Frequenz zunehmen. Die Übertragungweise ändert sich grundsätzlich, wenn der innere Umfang der Koaxabschirmung kleiner ist als die zu übertragende Wellenlänge, weil dann unerwünschte Hohlleitermoden auftreten. Deshalb werden Mikrowellen hinreichend kurzer Wellenlänge in Hohlleitern geführt, da diese verlustärmer sind. Zum möglichst reflexionsfreien Abschluss von Hohlleitern dienen spezielle Abschlussstücke, sogenannte Wellensümpfe.

Mikrowellenstrahlung führt im Gewebe lebender Organismen zu Erwärmung desselben, nach demselben Prinzip wie bei der Erhitzung von Lebensmitteln im Mikrowellenherd. Starke Mikrowellenstrahlung führt zu Verbrennungen nicht nur der Haut, sondern auch innenliegenden Gewebes. Besonders empfindlich sind hierbei die Augen und die Hoden, da sie wegen vergleichsweise schwacher Durchblutung Wärme schlechter abführen können als anderes Gewebe. Die Linse des menschlichen Auges ist überdies besonders wärmeempfindlich. Ist sie starker Mikrowellenstrahlung ausgesetzt, besteht daher die Gefahr der Trübung der Linse (Katarakt).[6]

Das Eintrittsfenster für Mikrowellen oben in den Garraum eines Mikrowellenherds wird typischerweise durch ein nur optisch opakes Fenster aus sehr hitzebeständigem Glimmer gebildet. Umgekehrt soll die Herdtür für guten Einblick möglichst optisch durchsichtig sein und die Mikrowellen doch dicht einschließen. Das wird erreicht durch ein schwarz lackiertes Lochblech (innen wasserdampfdicht mit einer hitzebeständigen Kunststofffolie beklebt) mit ausreichend feiner Lochung mit typisch 2 mm Rastermaß plus einer transparenten Platte in etwa 2 cm Abstand außen davor. Die Dichtheit der Tür gegenüber der Türöffnung wird über einen planen Spalt mit weniger als 1 mm Breite und mehr als 1 cm Tiefe erzielt. Mikrowellen mit 12 cm Wellenlänge (bei 2,45 GHz) können diese feinen Poren oder schmalen Spalte nicht durchdringen. Die Andichtung des Magnetrons an den Hohlleiter im Blechgehäuse erfolgt durch einen flachen Ring aus feinem gekräuselten Metalldraht und Pressung.