Wie funktioniert eine Mikrowelle?

Vor ein paar Wochen ging es um die Funktionsweise eines Induktionsherdes. Schon viel länger Einzug in die meisten Haushalte hat die „Mikrowelle“ erhalten. Eigentlich muss man von einem Mikrowellenherd sprechen, da die Mikrowelle nur das physikalische Phänomen hinter dem Gerät ist. Aber wie genau erwärmt ein Mikrowellenherd eigentlich das Essen?

Wie der Name schon sagt, spielen hier die sogenannten Mikrowellen die entscheidende Rolle. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 0,1 bis 30 cm. In Mikrowellenherden werden Wellen mit etwa 12 cm Länge erzeugt. Zum Vergleich: Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 0,4 bis 0,7 mm, Radiowellen liegen im Bereich von Metern bis hin zu Kilometern. Aber was bewirken die erzeugten Mikrowellen in dem Essen?

Eine elektromagnetische Welle hat nur einen Einfluss auf ein Molekül, wenn dieses einen Dipol besitzt. Das heißt, dass eine Seite des Moleküls leicht positiv, die andere Seite negativ geladen ist. Wasser, das in jedem unserer Lebensmittel enthalten ist, weißt genau so einen Dipol auf. Wenn ein Wassermolekül sich nun in einem elektromagnetischen Feld aus Mikrowellen befindet, wird es durch die Schwingung der Wellen in Rotation versetzt. Die Moleküle fangen also an sich zu bewegen. Da sie aber in einer festen Mahlzeit oder auch einer Flüssigkeit sehr eng nebeneinander liegen, kollidieren die Moleküle und durch die auftretende Reibung entsteht Wärme. Diese Wärme sorgt dann für die Erhitzung der gesamten Speise.

Da der menschliche Körper auch zu einem Großteil aus Wasser besteht, sind Mikrowellen für Menschen nicht ganz ungefährlich. Denn das Selbe, was mit dem Essen passiert, kann auch mit menschlichem Gewebe passieren, wenn es Mikrowellen ausgesetzt wird. Aus diesem Grund sind Mikrowellenherde nach außen hin mit einem Metallgehäuse abgeschirmt. An Metall werden Mikrowellen nämlich reflektiert und bleiben so im Inneren des Herdes. Auch in die eigentlich für Mikrowellen durchlässige Glasscheibe ist ein Metallgitter eingebaut. Durch die Sicherheitsfunktion, dass der Herd nur eingeschaltet werden kann, wenn die Klappe geschlossen ist, geht von so einem Herd allerdings keine Gefahr für den Betreiber aus.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/mikrowellenherd/

https://praxistipps.focus.de/wie-funktioniert-eine-mikrowelle-einfach-erklaert_45520

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Wie funktioniert ein selbst kühlendes Bierfass?

Im Sommer am See, auf der Grillparty oder am Festivalgelände ohne Strom ein kühles Bier genießen zu können ist nicht immer einfach. Selbst kühlende Bierfässer sind hierfür perfekt geeignet. Man muss nur einen Hebel umlegen und das Bier ist innerhalb weniger Minuten auf Kühlschranktemperatur. Aber wie funktioniert das, so ganz ohne Strom?

In der Technik eines selbst kühlenden Bierfasses werden rein physikalische Effekte ausgenutzt. Nämlich zum Einen die Verdunstung von Wasser und zum Anderen die Adsorption von Wasserdampf auf einer hydrophilen, also Wasser anziehenden Oberfläche. Wie ist nun so ein Bierfass aufgebaut? Ganz innen liegt natürlich der Behälter für das Bier. Direkt um diesen Behälter befindet sich eine Schicht mit einem Material, das Wasser aufsaugen kann. Das kann zum Beispiel eine Art Fließ oder Watte sein. In der nächsten Schicht befindet sich ein so genannter Zeolith. Das ist ein in der Natur vorkommendes, poröses Material mit sehr kleinen Poren. Dieses Zeolith Material hat auf Grund der feinen Poren eine sehr große Oberfläche. Außerdem ist es hydrophil. Das bedeutet, dass Wasser(dampf) stark dazu tendiert sich auf der Oberfläche des Zeolithen anzulagern – man spricht dabei von adsorbieren. Die Kammern mit nasser Watte und Zeolith sind abgetrennt und können über ein Ventil miteinander verbunden werden. Außerdem wird die Zeolith-Kammer so gut es geht evakuiert, so dass ein Vakuum vorliegt. Auch aus der Kammer mit der nassen Watte wird die Luft gesaugt, allerdings nur so weit, dass das Wasser gerade so noch flüssig bleibt. Bei zu geringem Druck würde das Wasser schon verdampfen bevor man das Ventil öffnet.

In diesem Zustand wird die innerste Kammer des Fasses mit Bier gefüllt und verschlossen. Ab diesem Zeitpunkt kann jederzeit der Hebel am Fass umgelegt werden, der das Ventil zwischen den evakuierten Kammern öffnet. Wenn das geschieht, findet ein Druckausgleich statt, da in der Watte-Kammer ja noch ein Restdruck gelassen wurde. Dieser sinkt jetzt noch weiter und das Wasser in der Watte fängt an zu verdampfen. Das Verdampfen benötigt aber Energie. Diese Energie wird dem Bier entzogen, welches dadurch abgekühlt wird. So weit so gut doch in einer geschlossenen Kammer verdampft nur ein geringer Teil des Wassers. Nämlich so lange, bis sich ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf eingestellt hat. Jetzt kommt der Zeolith ins Spiel. Durch die Adsorption des verdampften Wassers auf dessen Oberfläche sorgt der nämlich dafür, dass sich eben kein Gleichgewicht einstellt, sondern der entstehende Wasserdampf sofort „abgezogen“ wird.  Der Verdampfungsprozess kann somit weiter laufen und das Bier wird weiter gekühlt.

Dem Wasser in der Watte wird durch die Verdampfung so viel Wärme entzogen, dass es relativ schnell sogar gefriert. Ab diesem Zeitpunkt verlangsamt sich die Verdampfung. Das Bier wird aber trotzdem weiter gekühlt, da die Wärme aus dem Bier jetzt auch noch dafür benötigt wird um das gefrorene Wasser erst einmal zu schmelzen. Dadurch hält der Kühlvorgang über mehrere Stunden an und es kann lange kaltes Bier genossen werden.

Während der Adsorption des Wassers wird die aus dem Bier gezogene Wärme übrigens wieder freigesetzt und über die Fasswand nach außen abgegeben. Das Fass fühlt sich daher von außen warm an, wird innen aber gekühlt. Bei der nächsten Grillparty weißt du jetzt also auch warum das Bier durch das Umlegen eines Hebels gekühlt werden kann.

 

Quellen:

http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Selbstk%FChlendes_Bierfass.html

http://www.tucher.de/unsere-biere/unser-sortiment/unser-coolkeg/

Wespenstiche – Was hilft wirklich?

Kaum wird es warm kommen sie wieder raus. Die ungebetenen Gäste bei jedem Essen im Freien – Wespen. Ein Wespenstich ist immer unangenehm und es gibt viele Ideen, was gegen den Schmerz und die Schwellung helfen soll. Aber was hilft wirklich nach einem Wespenstich?

Grundsätzlich gilt, wie bei den meisten Schwellungen, kühlen, kühlen, kühlen. Kälte hilft die Schwellung zu reduzieren und Entzündungen an der Einstichstelle vorzubeugen. Im Gegensatz dazu kann aber auch Wärme helfen. Wärme, die direkt auf die Einstichstelle gebracht wird, zerstört die Proteine, die im Wespengift enthalten sind. Dadurch wird dessen Wirkung reduziert. Die Wärme kann in verschiedener Form aufgetragen werden, sollte aber natürlich nicht so heiß sein, dass es zu Verbrennungen kommt. Optimal sind etwa 50°C. Möglichkeiten sind hier zum Beispiel heißes Wasser, ein erhitzter Löffel, der auf die Stelle gehalten wird oder auch sogenannte „Stichkeiler“. Diese Geräte erzeugen auf Knopfdruck punktuelle Wärme.

Aber auch bekannte Hausmittel wie eine Zwiebelhälfte können helfen. Zwiebeln wird eine entzündungshemmende Wirkung nachgesagt. Außerdem kühlt der Saft aus der Zwiebel die betroffene Stelle. Gleiches macht auch Spucke. Verdunstet diese auf der Haut wird die entsprechende Stelle gekühlt. Auch vielen Kräutern oder anderen Pflanzen werden Stich-heilende Wirkungen zugesprochen, aber die Meisten hat man dann doch eher selten zur Hand wenn man von einer Wespe gestochen wurde.

Grundsätzlich gilt natürlich für Allergiker oder vor allem auch bei Stichen im Rachenbereich, sofort ärztliche Hilfe in Anspruch zu nehmen. Ansonsten bleibt uns nur nach einem Wespenstich zu warten bis der Schmerz und die Schwellung nachlassen und, auch wenn es meisten schwer fällt, nicht zu kratzen. Durch das Kratzen verteilt sich das Insektengift nur noch mehr und der Effekt wird verstärkt. Außerdem kann sich der Stich durch häufiges kratzen entzünden.

Ähnlicher Artikel:

Warum juckt ein Mückenstich

 

Quellen:

http://www.heilpraxisnet.de/hausmittel/hausmittel-gegen-wespenstiche/

https://www.stern.de/gesundheit/wespenstiche–was-taugen-hausmittel-wie-zwiebel-und-spucke-6377554.html

Wärmt uns Alkohol von innen?

Die Weihnachtszeit ist zwar schon lange vorbei, doch die kältesten Wintertage stehen jetzt erst an. Bei diesen kalten Temperaturen will man jede Gelegenheit nutzen sich aufzuwärmen. Da kommt ein Glühweinstand doch gerade recht, denn so ein Glühwein wärmt ja von innen. Doch ist das wirklich so?

Tatsächlich ist die wärmende Wirkung eines Glühweins nur von sehr kurzer Dauer. Da der Glühwein eine höhere Temperatur hat als unser Körper, gibt dieser natürlich erst einmal etwas Wärme an unseren Köper ab. Bei einer angenommenen Trinktemperatur von ca. 50°C ist das im Vergleich zur Körpertemperatur (36°C) allerdings nicht übermäßig viel. Dazu kommt, dass der Glühwein mit der Zeit ja auch abkühlt, wodurch diese Differenz noch geringer wird. Diese kurze Erwärmung unseres Körpers „von innen“ hält somit nicht lange an. Ein zweiter Faktor, der dafür sorgt, dass es uns vorkommt als würde der Glühwein wärmen, ist der darin enthaltene Alkohol. Alkohol hat eine Blutgefäß erweiternde Wirkung. Das heißt die Gefäße, die das Blut bis in die äußersten Stellen unseres Körpers (Hände, Beine Gesicht) transportieren weiten sich und lassen damit mehr Blut an genannte Stellen. Mehr Bluttransport bedeutet auch mehr Wärmetransport, da das Blut ja von warmen Körperinneren kommt. Was wir wahrnehmen ist eine leichte Erwärmung beispielsweise im Gesicht. Was wir nicht merken ist, dass diese Wärme im Körperinneren jetzt fehlt und über die äußersten Gefäße an die Umgebung abgegeben wird. Insgesamt verliert der Körper somit mehr Wärme an die Umgebung, was folglich zu einer Auskühlung führt.

Das kurzzeitige Wärmegefühl ist also auf längere Sicht schlecht für den Wärmehaushalt unseres Körpers. In Extremfällen kann das sogar gefährlich werden. Bei übermäßigem Konsum von Alkohol nimmt der Körper durch die berauschende Wirkung des Alkohols den Wärmeverlust des Körpers nicht mehr wahr und es kann bei langem Aufenthalt in sehr kalter Umgebung zu Unterkühlungen kommen.

Eine Tasse Glühwein ist da natürlich noch kein Problem und kann ja wie oben beschrieben auch kurzzeitig wärmen. Bei höherem Alkoholkonsum (der natürlich grundsätzlich nicht zu raten ist) sollte man im Winter allerdings möglichst bald ein warmes Wohnzimmer aufsuchen um Unterkühlungen zu vermeiden.

 

Quellen:

https://www.kenn-dein-limit.de/aktuelles/artikel/waermt-alkohol-wirklich-von-innen/

Auch interessant zu diesem Thema:

Was macht Alkohol in unserem Körper?

Wie funktioniert eine LED?

Sie sind heutzutage nicht mehr weg zu denken – LEDs. LED steht für „light emitting diode“ und ist eine Diode, also ein elektrisches Bauteil, das Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Sie finden in allen Lebensbereichen ihren Einsatz und sind immer mehr dabei herkömmliche Leuchtmittel, wie Glühbirnen zu verdrängen. Aber wie funktioniert eine LED eigentlich und was macht sie besser als eine Glühbirne?

Eine LED besteht aus einem sogenannten Halbleitermaterial. Solche Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie aus einer Seite mit einem Elektronenüberschuss und einer Seite mit einem Elektronenmangel bestehen. Fließt nun Strom durch die Diode, können die Elektronen aus der Überschussseite in die Mangelseite übergehen. Bei diesem Übergang gehen die Elektronen in einen energieärmeren Zustand über. Die Differenz von höherem Energiezustand zum Niedrigeren wird bei diesem Vorgang als Licht abgegeben. Dieses Licht hat eine ganz bestimmte Wellenlänge, die vom verwendeten Material abhängig ist. Je höher der Energieunterschied, desto geringer ist die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts. Kleine Wellenlängen bedeuten bläuliches Licht bis hin zu ultraviolett, langwelliges Licht hingegen ist rot. Über das in der LED verwendete Halbleitermaterial kann somit die Farbe des Lichts eingestellt werden. Für weiße LEDs müssen viele verschiedene Wellenlängen überlagert werden. Je kontinuierlicher das Spektrum des Lichts ist, also je mehr Wellenlängenbereiche vorhanden sind, desto „wärmer“ wird das weiße Licht und desto angenehmer empfinden wir es.

LEDs sind deutlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Das liegt daran, dass bei LEDs der größte Teil des Stroms tatsächlich in Licht umgewandelt wird. Bei einer Glühbirne wird ein Großteil einfach in Wärme umgewandelt. Das merkt man sehr schnell wenn man eine Glühbirne anfasst, die eine Zeit lang in Betrieb war. Außerdem haben LEDs in der Regel mit bis zu 100.000 Betriebsstunden eine deutlich höhere Lebenserwartung als Glühbirnen. Aus diesen Gründen sind LEDs immer mehr dabei in allen Bereiche des alltäglichen Lebens Einzug zu erhalten und werden auch weiterhin durch voranschreitende Entwicklung den Leuchtstoffmarkt erobern.

Quellen:

https://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/was-ist-eine-leuchtdiode.html

https://www.simplyscience.ch/energie-umwelt/articles/die-led-eine-clevere-technologie.html?_locale=de

Warum kräuselt sich Geschenkband?

Endlich ist wieder Weihnachten. Alle kaufen sich gegenseitig Geschenke. In den meisten Fällen werden diese Geschenke schön verpackt und verziert. Oft wird auch ein Geschenkband um das Geschenk gewickelt und am Schluss kommt eine Schleife drauf. Da die losen Enden der Schleife sehr langweilig aussehen greift man gerne zur Schere, zieht diese einmal  über das freie Geschenkband und siehe da – das Geschenkband kräuselt sich und sieht somit deutlich schöner aus. Aber hast du dich schon einmal gefragt warum sich das Geschenkband kräuselt, wenn man es über die Klinge einer Schere zieht?

Oft wird behauptet, dass durch das Ziehen über die Klinge und die daraus resultierende Reibung Wärme entsteht. Diese Wärme soll dann die Struktur des Kunststoffes auf der einen Seite beeinflussen, wodurch diese Seite sich zusammen zieht und das Band sich kräuselt. Diese Theorie lässt sich allerdings schnell widerlegen, indem man das Band sehr langsam über die Klinge zieht. Durch das langsame ziehen ist die Reibung nur sehr gering und es entsteht quasi keine Wärme. Das Geschenkband kräuselt sich aber trotzdem. An der Wärme kann es also nicht liegen.

Tatsächlich gab es wissenschaftliche Studien zu diesem Thema, die den Unterschied von gekräuseltem und glatten Geschenkband unter einem hochauflösenden Mikroskop untersucht haben. Die Oberfläche des nicht gekräuselten Bandes ist sehr glatt und homogen. An einer Stelle, an der das Band über eine Klinge gezogen wurde, sieht man unterm Mikroskop bei sehr starker Vergrößerung eine Art Berg und Tal Landschaft, die einem Wellengang auf dem Meer ähnelt. Die Erklärung für diese Struktur ist, dass die Klinge der Schere immer wieder Material von dem Band abkratzt, welches sich dann an anderer Stelle angehäuft wieder anlagert. So entsteht auf mikroskopischer Ebene diese wellenartige Struktur. Durch das Abtragen beim ziehen über die Klinge entstehen auf der einen Seite des Bandes Spannungen, die ein Zusammenziehen dieser Seite zur Folge haben. Daraus resultiert dann die gekräuselte Form des Geschenkbandes.

Wenn du jetzt zu Weihnachten deine Geschenke einpackst und das Geschenkband am Ende noch über die Schere ziehst, weißt du auch warum es sich so merkwürdig kräuselt.