Wie groß ist die Resonanzfrequenz von flüssigem Wasser?

Es kommt darauf an, was man unter Resonanz versteht.

Wasser hat drei verschiedene Schwingungsmodi – mit diesen sind Schwingungsfrequenzen verbunden, aber das sind nicht wirklich Schwingungen wie eine Masse auf einer Feder, die wir zu sehen gewohnt wären. Die von Ihnen verlinkte Webseite weist einige „Schwingungsfrequenzen“ verschiedener Moleküle auf und stellt fest, dass sie deutlich höher als der Mikrowellenbereich von 2,45 GHz sind.

So kann Wasser mit 2,45 GHz rotierend angeregt werden – das Rotationsverhalten von Wasser als einzelne Moleküle in der Gasphase ist sehr kompliziert. Wasser ist ein „asymmetrischer Rotor“, was sich als am schwersten zu verstehen herausstellt. In flüssigem Wasser wird die Rotation durch Kollisionen zwischen benachbarten Molekülen weiter erschwert.

2,45 GHz wird verwendet, da es sich um eine zulässige Standardfrequenz handelt, die lizenzierte Kommunikationssysteme nicht stört, Teil des 2,4-GHz -ISM-Bands .

Viele Fragen und Antworten hier werfen mehr Mehrdeutigkeit auf, ohne das grundlegende zugrunde liegende Prinzip der Mikrowellen-Wasser-Wechselwirkung anzusprechen. Eine Mikrowelle erwärmt (verleiht Wasser kinetische Energie) nicht durch Resonanz (das wäre eine absurde Präposition, da Wasser eine lächerlich hohe mechanische Resonanzfrequenz hat), sondern durch Dipolwechselwirkung.

Wasser als polares Molekül wird durch die Wirkung seines Dipolmoments (von etwa 2d) in einem Mikrowellenfeld aktiviert. Die resultierenden Moleküle drehen sich und werden in Rotation versetzt.

Um Ihre Frage zu beantworten: Nein, es macht keinen Sinn, auf molekularer Ebene von einer Resonanzfrequenz von Wasser zu sprechen. Bei diesen Pegeln können Schall oder andere Formen der klassischen Anregung angesichts der enormen Normalmoden und Freiheitsgrade von Flüssigkeitsmolekülen keine anhaltende Resonanz erreichen.

Flüssiges Wasser absorbiert Mikrowellen über einen sehr breiten Frequenzbereich. In der Flüssigkeit tragen viele Effekte zu dieser Verbreiterung bei. Hier finden Sie die Mikrowellenabsorption von flüssigem Wasser. Das Frequenzmaximum des Absorptionsvermögens reicht von 180 GHz bei 0°C bis 9–10 GHz bei 100°C. Warum also 2,45 GHz für Mikrowellenherde wählen? Dadurch soll eine ausreichend große Eindringtiefe gewährleistet werden. Speisen und Getränke sollten durchgehend aufgewärmt werden. Bei Frequenzen zu nahe am Absorptionsmaximum würde die Oberfläche viel stärker aufgeheizt als die Masse. Wenn man dies mit Effizienzanforderungen ausgleicht, ergibt sich die viel niedrigere Frequenz von 2,45 GHz.

Das Wassermolekül schwingt entsprechend seinen Schwingungs- und Rotationsmodi mit unterschiedlichen Frequenzen mit. Diese Moden haben einen Quantenursprung, da die klassische Rotationsbewegung keine diskreten Übergänge zwischen verschiedenen Moden hat. Diese Resonanzfrequenzen werden zusammen als Stempelbeweis von Wassermolekülen in der Infrarotspektroskopie verwendet . Die Frequenz 2,45 GHz entspricht einer der Rotationsmodus-Übergangsenergien von flüssigen Wassermolekülen.

Für weitere Informationen finde ich den Wikipedia-Artikel sehr aufschlussreich. Um das ganze Phänomen zu verstehen, versuchen Sie, etwas über Resonanz , Rotationsmodi , Absorptionsspektrum und dielektrische Verluste zu lernen .

Wichtig bei der Idee der Resonanz mit Wasser ist es, eine Anregungsfrequenz zu etablieren, die eine Überlagerung oder Wellenüberlagerung der Eigenfrequenzen bewirkt. Durch das Erreichen einer Wellenüberlagerung hat die Amplitude der Schwingungen das größte Potenzial, das Molekül in seine elementaren Bestandteile aufzubrechen, wodurch freie Atome erzeugt werden, die sich rekombinieren können, um die gewünschten zweiatomigen Moleküle zu bilden. H2 und O2 Seltsamerweise können die Chemie und die Eigenschaften von Elementen bei diesem Prozess eine Rolle spielen, da die verwendeten Elektroden, wenn sie aus Platin bestehen, zu einer besseren Hydrolyseausbeute führen. Dies kann darauf zurückzuführen sein, wie die atomare Struktur von Platin Elektronen durch Lösung freisetzt. Ein ähnlicher Prozess wurde in bestimmten Solarzellen beobachtet, bei denen Legierungen von Atomen auf Schichten eines Siliziumsubstrats aufgebracht werden, wodurch ein Hohlraumresonator entsteht, um die Spannungserzeugung durch das Einfangen von Photonen zu verbessern. Die Erklärung ergibt sich aus dem Energieniveau des Elektronenaustauschs während Enthalpieprozessen, die die Enthalpieenergie überschreiten, die zum Aufbrechen der kovalenten Bindungen von H2O erforderlich ist.

Die niedrigste Resonanz des Wassermoleküls liegt bei 22,235 GHz. Diese Frequenz ist fast 10-mal höher als die Betriebsfrequenz des Mikrowellenofens (2,45 GHz).