Mikrowellen-Inside-Out-Kochen richtig/falsch

Der Wikipedia-Artikel über Mikrowellenöfen sagt

Ein weiterer Irrglaube ist, dass Mikrowellenherde Lebensmittel „von innen nach außen“ garen, also vom Zentrum der gesamten Lebensmittelmasse nach außen.

Das sagt es weiter

Bei gleichmäßig strukturierten oder einigermaßen homogenen Lebensmitteln werden Mikrowellen in den äußeren Schichten des Lebensmittels ähnlich stark absorbiert wie in den inneren Schichten.

Bei mehr als einer Gelegenheit habe ich jedoch ein Stück Butter in der Mikrowelle erhitzt, und das Innere schmilzt zuerst, dann gibt die Außenseite eine Flut von Butter frei. (Es mag relevant sein, dass sich mein Mikrowellen-Plattenteller nicht dreht - aber da ich es mehr als einmal gemacht habe, würde ich nicht erwarten, dass es ein Zufall der Platzierung in der stehenden Welle ist. Und die resultierende Butterweichheit schien sehr stark zu sein korreliert mit der Tiefe, mehr als ich von einem Unfall erwarten würde.) Das scheint sicher damit vereinbar zu sein, dass das Essen innen mehr Energie absorbiert als außen. Angesichts der Tatsache, dass dies über etwa 30 Sekunden stattfindet, würde ich nicht erwarten, dass viel Wärmeaustausch mit der Umgebung der Butter (oder in der Butter selbst) stattfindet, so dass Erklärungen von "die Luft kühlt die äußere Butterschicht ab" vorweggenommen werden würden. , außer ich' Ich unterschätze ernsthaft die Fähigkeit der Luft, warme Butter abzukühlen. Was ist denn los?

Ich kann mir nicht vorstellen, wie die Strahlung das Innere stärker beeinflusst als das Äußere, aber ich stimme zu, dass es auch keine Luft ist, die das Äußere effizient kühlt. Angesichts dieser beiden Informationen denke ich, dass die im Inneren erzeugte Wärme nirgendwo hingehen kann. Es ist also nicht so, dass die Luft die Außenbutter effizient kühlt, sondern nur eine gewisse Kühlung ungleich Null bietet, die Innenseite hat keine Kühlung, effektiv eingeschlossene Wärme schmilzt daher zuerst
Ich habe den „Kochen von innen nach außen“-Claim immer als eine laienhafte Art interpretiert, das Mikrowellenkochen, bei dem zumindest ein Teil der Mikrowellenenergie direkt im Inneren deponiert wird , von anderen Kochmethoden zu unterscheiden, die alle auf externe Erwärmung angewiesen sind, wobei Energie kann das Innere nur indirekt durch Leitung von der äußeren Schicht erreichen. Mit anderen Worten, die Behauptung ist nicht wirklich, dass die Erwärmung von innen kommt , sondern nur, dass es im Gegensatz zu anderen Kochmethoden eine direkte interne Erwärmung gibt .
Könnte es sein, dass interne Reflexionen, wenn die Mikrowelle die Butter verlässt, eine Rolle spielen?
@TypeIA Klingt nach einer Antwort; Die richtige Antwort.
@LucasBaldo Ich frage mich auch über die innere Reflexion - hast du das Experiment gesehen, bei dem du eine in zwei Hälften geschnittene Traube in die Mikrowelle stellst? Vielleicht tut sich ja was damit
Wenn sich Ihr Plattenteller nicht dreht, mildern Sie nicht die ungleichmäßige Erwärmung, die durch stehende Wellen verursacht wird. Der geschmolzene Teil könnte im Bauch der stehenden Welle (der maximalen Amplitude) gewesen sein. Sehen Sie, wie das Muster der stehenden Welle aussehen könnte: researchgate.net/figur/…
Für das, was es wert ist, funktioniert der Plattenteller meiner Mikrowelle einwandfrei und immer noch kollabieren Butterblöcke auf die gleiche Weise, wie Sie es beschreiben.
@Erhannis Wie hängt das Traubenexperiment mit internen Reflexionen zusammen? Ich verstehe, dass die Traube als rudimentäre Antenne fungiert, die die Energie in der Mitte konzentriert. Sie können dasselbe mit zwei Teelöffeln oder so ziemlich jedem leitfähigen Objekt tun.
@dllahr Wenn sich in der Butter ein Antiknoten befindet, können Sie lokal schneller erhitzen. Die Wellenlänge liegt in einer ähnlichen Größenordnung wie das Stück Butter, das Sie möglicherweise schmelzen. Einige Mikrowellen haben einen Bauch direkt über der Mitte des Drehtellers, der in Bezug auf das Essen so statisch ist; Wenn das von Essen besetzt ist und viele Orte nicht, wird es merklich schneller erhitzt als das umgebende Essen
@DmitryGrigoryev Die Idee ist, dass mit dem richtigen Material (hoher Brechungsindex), Größe und Form des Objekts (runde Traube) die interne Reflexion dazu führt, dass die Wellen im Objekt gefangen bleiben und sich mit den neuen Wellen kumulieren, die hineinkommen. Es gibt ein sehr gutes Erklärvideo von Veritasium: youtube.com/watch?v=wCrtk-pyP0I

Antworten (7)

Die Mikrowellen eines Mikrowellenofens haben eine halbe Wellenlänge von etwa 6 Zentimetern. Während Mikrowellen in alle Richtungen und mit allen möglichen versetzten Ursprüngen im verspiegelten (für Mikrowellen) Innenraum des Ofens herumspringen, gibt es immer noch einen erheblichen Beitrag zur im Ziel deponierten Energie, der vom Primärstrahl stammt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Stück Butter ist etwa 12 Zentimeter lang. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass ein zufällig positioniertes Butterstück genau einen maximalen Amplitudenpunkt hat, der sich irgendwo zwischen den Endpunkten befindet. Dieser Punkt erhält die meiste Energie und schmilzt zuerst. Da Butter einen sehr niedrigen Schmelzpunkt hat, muss sie nur etwas mehr Energie erhalten, um zuerst zu schmelzen, und da sie sich nicht in einem starren Behälter befindet, kann der geschmolzene Teil nach unten fließen und den Teil freilegen, der zuvor vor der Strahlung abgeschirmt war der äußeren Schicht auf den gleichen maximalen Amplitudenpunkt.

Dies widerspricht in keiner Weise der Behauptung, dass Mikrowellen von außen nach innen kochen. Sie kochen einfach etwas mehr von außen nach innen, wo die Primärwelle direkt vom Magnetron größer ist. Ein funktionierender Plattenteller hilft, diesen Effekt zu reduzieren, um eine gleichmäßigere Erwärmung des gesamten Ziels zu erreichen.

Luftkühlung ist fast völlig irrelevant.

Nebenbei bemerkt - Sie können die Lichtgeschwindigkeit grob messen, indem Sie zwei Butterstangen hintereinander anordnen und die Entfernung messen λ / 2 zwischen den Stellen, an denen sie zuerst zu schmelzen beginnen, und multiplizieren sich mit der doppelten Frequenz v vom Hersteller des Ofens aufgeführt. C = λ v

Diese Messung von C Funktioniert anscheinend gut mit Marshmallows.
"Der geschmolzene Teil kann sich ablagern und den Teil freilegen, der zuvor durch die äußere Schicht vor der Strahlung abgeschirmt war" - außer, dass das Innere vor dem Äußeren schmilzt. Ich frage mich, ob es immer noch eine Sache mit Spitzenamplitude ist, nur vielleicht im dreidimensionalen Raum.
@Gert "Ein Mikrowellenherd hat eine halbe Wellenlänge von etwa 6 Zentimetern." Wie ist das möglich, wenn der Mikrowellenherd ruht? Verwenden Sie Debroglie-Wellenlänge? Oder meinen Sie die elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenherd?
Auch die durchschnittliche Wellenlänge einer Mikrowellenwelle beträgt 30 cm, während dies in Zoll 12 Zoll ist, also sind 6 Zoll die halbe Wellenlänge.
@ John Das ist falsch / irreführend. Die von Mikrowellenherden verwendete Wellenlänge beträgt etwa 12 cm, nicht 30 cm.

Ein Mikrowellenstrahl dringt in ein Lebensmittel ein und erzeugt dabei Wärme. Je weiter die Strahlen bei einem dicken Gegenstand wie einem Braten eindringen, desto schwächer wird der Heizeffekt, da der Strahl zunehmend absorbiert wird. Dies bedeutet, dass die meiste Erwärmung innerhalb von ein oder zwei Zoll von der Oberfläche stattfindet.

Diese intern erzeugte Wärme hat jedoch keinen einfachen Fluchtweg aus dem Inneren des Bratens, außer dass sie tiefer in das kühlere Innere des Bratens diffundiert, da die äußeren Schichten des Bratens heißer sind.

Dies bedeutet, dass das Innere des Bratens sowohl durch Mikrowellen als auch durch Wärmeleitung von den heißeren äußeren Teilen nach innen erhitzt wird. Im Gegensatz dazu erfolgt in einem herkömmlichen Ofen der einzige Heizmechanismus für das Innere des Bratens durch Wärmeleitung von der heißeren Außenseite des Bratens. Dies bedeutet, dass die Leute sagen, dass eine Mikrowelle den Braten "von innen nach außen" gart, was, wie wir hier sehen, nicht ganz richtig ist - aber weil die Hitze im Inneren des Bratens erzeugt wird, wird er tatsächlich schneller durchgaren als in einem gewöhnlichen Ofen.

Übrigens enthalten alle Mikrowellenöfen entweder einen Drehteller oder einen rotierenden "Modusmischer" an der Mündung des Speisehorns, damit die Mikrowellen den Ofenraum mehr oder weniger gleichmäßig füllen und dadurch alle Oberflächen des Bratens mehr oder weniger gleichmäßig benetzen. Dadurch wird verhindert, dass sich lokale Hotspots aufbauen.

Wenn ich das verstanden habe, sagen Sie, dass Wärme schneller in die Mitte diffundiert, weil es dort kühler ist. Aber das erklärt nicht die Beobachtungen des OP. Sobald die Mitte die Temperatur der äußeren Schicht erreicht, stoppt dieser Vorgang. Wie kann es also heißer werden als die äußere Schicht?
Ich denke, die Wärmeleitung, auf die Sie sich verlassen, ist zu gering, um hier eine bedeutende Rolle zu spielen. Die Temperaturleitfähigkeit von Wasser (zB) ist nur ca 1.4 × 10 − 7 M 2 S − 1 . Hähnchen auf Kerntemperatur garen ≈ 70 ∘ C mit einem Ofen an ≈ 200 ∘ C dauert etwa 1.5 H .
Sie sollten auch berücksichtigen, dass die äußerste Butterschicht Luft ausgesetzt ist, die für eine gewisse Kühlung sorgt. Ich habe keine Quellen dafür, aber ich gehe davon aus, dass diese Abkühlung, auch wenn sie geringfügig ist, dazu führt, dass die äußerste Schicht der Butter etwas kühler ist als die Schicht direkt darunter. Das Wärmeprofil von außen nach innen steigt also zunächst an, erreicht dann ein Maximum und nimmt dann langsam ab, wenn Sie sich der Mitte nähern. Wenn die äußerste Schicht noch etwas kühler ist, schmilzt die Butter von innen nach außen, obwohl die Mitte möglicherweise noch nicht geschmolzen ist.
Haben Sie versucht, Lebensmittel in Ihrer Mikrowelle zu braten?

Ich denke, es gibt zwei Hauptwege für Wärmeverluste, die überraschenderweise von anderen nicht berücksichtigt wurden:

  1. Verdunstung : Sowohl das Wasser als auch die Öle in der Butter können vom Butterstift verdunsten, wodurch der Oberfläche eine erhebliche Menge an Wärme entzogen wird. Dadurch kann nur die äußere Schicht gekühlt werden.

  2. Strahlung : Obwohl die Mikrowellen den äußeren Schichten mehr Wärme verleihen würden als den inneren Schichten, entweicht die von den äußeren Schichten abgegebene Strahlung leichter als die von den inneren Schichten abgegebene.

Fügen Sie dieser Luftkühlung (meistens durch Konvektion) der Außenfläche hinzu, und Sie werden eher irgendwo im Inneren als außen am heißesten.

Wenn Leute sagen „Es ist ein Mythos, dass eine Mikrowelle von innen nach außen heizt“, versuchen sie, den Eindruck zu korrigieren, dass das Erhitzen in der Mitte eines großen Gegenstands wie einem Braten beginnt und sich nach außen ausbreitet. Bei etwas Dünnem oder Schmalem wie einem Stück Butter oder einer einzelnen Portion Nudeln besteht so ziemlich der gesamte Artikel aus einer "äußeren Schicht", sodass die Erwärmung bis auf Abweichungen durch die Mikrowellenvariabilität (was bedeutet, dass dies tatsächlich der Fall ist) ziemlich gleichmäßig ist überhaupt nicht einheitlich).

Die Antwort von gs erklärte, warum zwischen den beiden Enden des Stabs am meisten schmelzen würde, aber ich habe den Eindruck, dass Sie das Innere vor der oberen Oberfläche schmelzen sehen. Was ich vermute, ist ungefähr so:

  1. Irgendwo entlang des Steuerknüppels befindet sich ein Bereich mit maximaler Amplitude
  2. In diesem Bereich kann es innerhalb des Sticks eine Amplitudenspitze geben, aber die Erwärmung kann auf diesem kleinen Maßstab von 2-3 cm ziemlich gleichmäßig sein.
  3. Wenn es innerhalb des Sticks eine Amplitudenspitze gibt, erklärt dies Ihre Beobachtungen. Aber ich bin mir auch nicht sicher, ob gs Recht hat, dass die Luftkühlung irrelevant ist. Außerdem gibt es eine Strahlungskühlung. ( Und Verdunstungskühlung , vielleicht am wichtigsten von allen, Props an user21820.) Die im Inneren des Sticks abgelagerte Wärme kann nicht so schnell abgeführt werden wie die an der Außenseite abgelagerte Wärme. Wenn man bedenkt, wie nah der Stick bereits am Schmelzen ist, wäre es nicht verwunderlich, wenn das Innere etwas heißer als das Äußere wird und zuerst schmilzt.

Später hinzugefügt: Ich habe etwas recherchiert. Wenn Sie "Mikrowellen-Eindringtiefe" googeln, finden Sie verschiedene Websites mit einigermaßen konsistenten Werten. Bei zimmerwarmem Wasser sind es etwa 1 bis 1,5 cm, bei gekochtem Fleisch eher.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass es keinen scharfen Schnitt gibt. Die Eindringtiefe ist definiert als die Tiefe, in der die Kraft ist 1 / e des Niveaus an der Oberfläche oder etwa 37 %. Wenn Sie die gleiche Distanz weiter nach innen gehen, sind es 37 % von 37 % und so weiter.

Je effizienter es heizt, desto flacher dringt es ein. Eine Analogie könnte darin bestehen, einen Teller mit Hors d'oeuvres zu einer großen, überfüllten Party zu tragen. Wasser ist wie eine hungrige Menge, die schnell Snacks zu sich nimmt (aber immer noch weniger nimmt, wenn sie sehen, dass der Teller leer wird, also kommt es zu diesem exponentiellen Verfall). So kommt man nicht weit in die Menge, aber sie werden schneller voll, genau wie sich Wasser schneller erwärmt. Fleisch ist wie Menschen, die zu sehr mit Reden beschäftigt sind, damit nicht so viele Menschen zu den Snacks greifen. Sie schaffen es weiter hinein, aber die Menge ist weniger gesättigt. Und Glas ist wie ein Raum voller Kinder, die nicht einmal sehen können, was auf dem Tablett ist, während du herzlos durch den Raum gehst.

Butter ist eine Mischung aus Wasser und Fett, daher wird die Eindringtiefe wahrscheinlich größer als 1,5 cm sein, aber ich weiß nicht, was ich schätzen soll.

Von den bisher gegebenen Antworten entspricht diese am besten sowohl meinem Verständnis des Themas als auch den von mir beobachteten Beweisen. Es fühlt sich immer noch so an, als würde es nicht ganz passen - es sah nicht so aus, als würde ein beliebiger Punkt in der Butter zuerst schmelzen; sondern das gesamte Zentrum. Ich frage mich, ob Lucas Baldos Kommentar zur internen Reflexion hier wichtig ist. (1/2)
Und obwohl ich immer noch irgendwie das Gefühl habe, dass Strahlung/Leitung/Konvektion auf diesen Zeitskalen und Temperaturen zu klein und langsam wäre, bin ich bereit geworden, dies als eine anständige Möglichkeit in Betracht zu ziehen. Um es wirklich zu testen, müsste ich z. B. Butter in heißer Luft in einer Mikrowelle erhitzen, und das klingt nach zu viel Arbeit zum Einrichten, haha. Wenn ich jemals weitere Nachforschungen anstelle, werde ich zurückkommen und ein Update geben und möglicherweise meine Antwort ändern, aber im Moment wähle ich diese aus. (2/2)

Der ganze Grund, warum Mikrowellenherde Drehteller haben, ist, dass sie Speisen immer ungleichmäßig erhitzen, weil sich in ihnen stehende Wellen bilden:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn sich der Wellenbauch (wo die meiste Energie freigesetzt wird) zufällig in der Mitte Ihres Butterstifts befindet, schmilzt die Butter zuerst an dieser Stelle und kann sogar explodieren, wenn die Temperatur im Inneren den Siedepunkt von Wasser erreicht (es gibt oft etwas Wasser). in der Butter), bevor die Seiten des Sticks schmelzen können.

Um meinen Kommentar aus der Frage zu wiederholen: Der Plattenteller meiner Mikrowelle funktioniert einwandfrei und immer noch kollabieren Butterblöcke auf die gleiche Weise wie in der Frage beschrieben, wobei das Innere zuerst schmilzt.
Drehen hilft nicht, wenn Sie einen Bauch in der Nähe der Rotationsachse haben: Er bleibt in der Butter, egal in welcher Position. Versuchen Sie, den Butterstift von der Achse weg (an der Seite des Tellers) zu platzieren, und sehen Sie, ob er von innen noch schmilzt.
Ja, das tut es, ich platziere Sachen immer so weit wie möglich von der Achse entfernt.
Es ist gut, dass Sie meinen Kommentar in eine Antwort umgewandelt haben, aber ich habe es nur als eine Möglichkeit oder einen Faktor gesehen, um das Phänomen zu erklären. Sie können auch die in meinem zweiten Kommentar illustrierte Idee der (totalen) internen Reflexion innerhalb der Butter erweitern. Dieser wird mit dem funktionellen Plattenteller fertig. ... Wie hoch ist der Brechungsindex von Mikrowellen in Butter?

FALSCH.

Einfache, vernünftige Antwort, ohne unnötige Konzepte wie Lichtgeschwindigkeit oder die Bedeutung von einzuführen 1 / e im Rahmen dieser Frage.

Die Mikrowellen müssen das Objekt durchdringen, um es zu erwärmen. Wenn sie in das Objekt eindringen, verlieren sie allmählich Energie, je tiefer sie eindringen. Es ist nur so, dass die Eindringtiefe, bevor ein signifikanter Energieverlust auftritt, viel größer ist als die Dicke selbst der dicksten Schüssel, die in einen Mikrowellenherd passen könnte, und die Wellenlänge von Mikrowellen ist auch vergleichbar mit den Abmessungen von Objekten, die erhitzt werden. Trotzdem werden die Mikrowellen an der Außenseite des Objekts am wenigsten gedämpft und damit am stärksten. Es gibt keine solche Technologie, die es EM-Wellen ermöglichen würde, irgendwie in ein beliebiges Objekt einzudringen und dieses Objekt tief in sich selbst mehr Energie absorbieren zu lassen als auf der Oberfläche. Daher ist es eine Fantasie, dass Mikrowellenherde von innen nach außen kochen.

Sie sagen, die Eindringtiefe ist >> "selbst das dickste Geschirr, das in einen Mikrowellenherd passen könnte". Aber es sind tatsächlich nur ein paar Zentimeter in rohes Fleisch (meistens Wasser), weshalb eine Mikrowelle ein großes Stück Fleisch wie Roastbeef oder eine Schweineschulter nicht gleichmäßig erhitzt. (Das ist nicht der einzige Grund, warum Sie solche Fleischstücke nicht in der Mikrowelle zubereiten; es ist wichtig, die Oberfläche zu bräunen und / oder langsam zu kochen, um Kollagen in Gelatine aufzuspalten ... Aber wenn Sie dies tun würden, würden Sie eine gekochte Schicht davon bekommen ein paar cm an der Oberfläche, und innen nur warm, nicht gekocht, wenn Sie volle Leistung verwendet haben.)

Ihr macht das Ganze komplizierter. Butter schmilzt bei relativ niedriger Temperatur. Auch der Unterschied zwischen „fest“ und „flüssig“ ist sehr gering. Mikrowellen dringen etwa 1/2 Zoll von der Außenseite eines Lebensmittels ein. Wie dick ist ein Stück Butter? Etwas mehr als 2,5 cm. Wenn Mikrowellen 1/2 Zoll in Lebensmittel eindringen, dann dringen sie von allen Seiten 1/2 Zoll ein Oder heben sie sich gegenseitig auf? In der Mitte eines Stocks mit einem Querschnitt von etwa 1 Zoll.

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