Ich studiere Mikrowellenradiometrie und bin verwirrt über diesen scheinbaren Widerspruch: Mikrowellen, die bei 2,45 GHz (~ 15 cm) emittiert werden, werden von Wassermolekülen absorbiert, wodurch die Moleküle unter dem Einfluss der elektrischen Feldkomponente rotieren und so kinetische (thermische) Energie erzeugen, die kocht Essen. Wenn wir auf 3 GHz (~10 cm) hinausgehen, sehen wir, dass Wetterradarimpulse von Wassermolekülen in Regentropfen (und anderen Partikeln in der Luft) gestreut werden, was die Quelle des "Echos" ist, das zum Erstellen von Radarkarten verwendet wird. Beide Arten von Mikrowellen befinden sich im S-Band, was erklärt also den Unterschied in der Absorption durch Wassermoleküle bei 2,45 GHz im Vergleich zur Streuung (Reflexion) bei 3 GHz? Werden per Wetterradar detektierte Mikrowellenechos tatsächlich „gestreut“ oder werden sie nach dem Kirchoffschen Strahlungsgesetz absorbiert und wieder emittiert?
Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen 2,45 GHz und 3 GHz Mikrowellen hinsichtlich Absorption und Reflexion von Bereichen in der Atmosphäre oder wasserhaltigen Lebensmitteln. Mikrowellenöfen verwenden 2,45 GHz, da die Frequenz in einem Industrieband liegt und Magnetrons, die die erforderliche Leistung in diesem Bereich erzeugen, relativ kostengünstig sind.
In einem Radarsystem wird ein Großteil der einfallenden Strahlung von der höheren effektiven Dielektrizitätskonstanten der Wasserdampf und Tröpfchen enthaltenden Luftmasse reflektiert oder gestreut. Es gibt eine gewisse Absorption, aber die reflektierte Energie ist leicht zu erkennen und liefert Informationen über die Position und Geschwindigkeit der Wolken. Da fällt Leistung im Sendestrahl ab , und das Radar ist normalerweise gepulst, die Energiedichte ist im Vergleich zu der in einem Mikrowellenherd gering.
In einem Mikrowellenherd absorbiert das Wasser in den Lebensmitteln Energie aus der kontinuierlichen Mikrowellenbestrahlung. Der Hohlraum ist so ausgelegt, dass Speisen gleichmäßig erhitzt werden, indem Mikrowellenenergie zufällig um den Ofen herum reflektiert wird (Vermeidung von Hohlraumresonanzen und stehenden Wellen, die die Gleichmäßigkeit beeinträchtigen), manchmal unter Verwendung eines Mischlüfters am Wellenleiterausgang. Mikrowellenenergie wird von der Nahrung gestreut, zusätzlich zu einem Teil, der absorbiert wird. Auch wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt aus jeder Richtung nur eine geringe Energiemenge absorbiert wird, bleibt die Leistungsdichte hoch, und zurückreflektierte Mikrowellenenergie wird kontinuierlich durch die Lebensmittel im Ofen hin und her geleitet.
Bob Jacobson
PUNGO9ER
AmateurAstro