Funktioniert eine Haushaltsmikrowelle, indem sie eine elektromagnetische Welle mit der gleichen Frequenz wie eine OH-Bindung in Wasser aussendet?

Mir wurde einmal gesagt, dass Mikrowellen funktionieren, indem sie Wassermoleküle in Lebensmitteln anregen. Auch, dass dies funktionierte, weil die Frequenz in der Mikrowelle dieselbe war wie die in der Bindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff im Wassermolekül. Diese ähnliche Frequenzübereinstimmung führt dazu, dass das Molekül energetisiert wird und Wärme an das Essen abgibt.

Meine Frage ist - wie funktionieren Mikrowellen? Hat irgendetwas von diesem „Hörensagen“ eine wissenschaftliche Grundlage?

en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating , vielleicht hilft das ...
Ich habe auch gehört, dass Moleküle abhängig von der Wellenfunktion ihrer Elektronen nur bestimmte Lichtfrequenzen absorbieren können, aber leider kann ich gerade keinen Hinweis finden.
Danke @udiboy - das deutet darauf hin, dass es sich nicht um eine direkte Entsprechung der Frequenz handelt, sondern um das Ausrichtungsverhalten einer Dipolbindung in einem elektromagnetischen Feld - und ein oszillierendes elektromagnetisches Feld bewirkt, dass sich die dipolhaltigen Moleküle drehen und Wärme freisetzen.
Aber das erklärt noch nicht, warum es nur mit Mikrowellen heizt. Schwingungen im elektrischen Feld werden durch jede EM-Strahlung verursacht. Ich warte darauf, dass jemand anders darauf antwortet.

Antworten (1)

Ihre Frage läuft darauf hinaus, ob die EM-Absorption ein resonanter Prozess ist oder nicht, wobei resonant bedeutet, dass sie der Energie einer Anregung des Wassermoleküls entspricht. Die Antwort ist, dass es kein resonanter Prozess ist. Mikrowellenöfen arbeiten bei 2,45 GHz, aber die niedrigsten Energieübergänge von Wassermolekülen sind Rotationsübergänge, die Energien im Bereich von 100 GHz bis 1 THz haben. Die Energie der Photonen in einem Mikrowellenherd ist zu gering für eine resonante Absorption.

Google für Details zum Rotationsspektrum von Wasser. Beispiele habe ich hier und hier gefunden .

Die EM-Strahlung des Ofens bringt dipolare Moleküle darin dazu, sich mit dem elektrischen Feld auszurichten. Wenn das Feld oszilliert, ändern die Wassermoleküle ihre Richtung (bei 2,45 GHz). In flüssigem Wasser interagieren die Moleküle stark und tauschen Energie miteinander aus, sodass die Energie der Kippbewegung in Translationsenergie der Wassermoleküle, dh Wärme, umgewandelt wird. Da dies kein resonanter Prozess ist, wird das Ändern der Mikrowellenenergie um kleine Beträge (bis zu einer Größenordnung) keinen großen Unterschied für die Erwärmung machen. Wie einige der Kommentare erwähnt haben, wird dieser Prozess als dielektrische Erwärmung bezeichnet .

@JohnRennie, warum tritt also keine dielektrische Erwärmung mit sichtbarem Licht auf? oder jede andere Frequenz für diese Angelegenheit?
@udiboy: Die dielektrische Erwärmung erfordert eine physikalische Bewegung des Moleküls, um es mit dem elektrischen Feld auszurichten. Bei optischen Frequenzen oszilliert das Feld viel schneller, als die Moleküle sich bewegen können, um darauf zu reagieren, sodass Energie nicht durch molekulare Bewegungen dissipiert werden kann.
@udiboy: Abgesehen davon gibt es viele andere Möglichkeiten, EM-Strahlung zu absorbieren. Meine Mikrowelle leistet etwa 800 W. Ich garantiere Ihnen, dass, wenn Sie eine 800-W-Lampe auf eine Kartoffel richten, diese genauso schnell erhitzt wird wie in einer 800-W-Mikrowelle. Es ist nur so, dass der Absorptionsmechanismus anders sein wird.
Meine Erinnerung an die Resonanzrotationsfrequenzen für Wasser war viel niedriger als Sie behaupteten. Bei der Suche nach veröffentlichtem Material finde ich: www.jmpee.org/JMPEE_PDFs/28.../JMPEE-Vol28-4-Pg196-Roberts.pdf, das besagt, dass Wasser-Flüssigphasenresonanzen bei 17 GHz existieren und Wasserdampfresonanzen bei gemessen wurden 23 GHz. Ich stelle auch Ihre Lektüre des ersten und zweiten Zitats in Frage, die auf viel niedrigere Frequenzen im Zusammenhang mit Übergängen hinzudeuten scheinen. Mehrere Absorptionslinien liegen im 20-GHz-Bereich. (Siehe S. 60 des zweiten Zitats.)
Funktioniert eine Haushaltsmikrowelle, indem sie eine elektromagnetische Welle mit der gleichen Frequenz wie eine OH-Bindung in Wasser aussendet?
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