Wie funktioniert eine Mikrowelle?

Das Küchengerät, das wir landläufig als Mikrowelle bezeichnen, ist genau genommen ein Mikrowellenherd bzw. –ofen. Darin können Flüssigkeiten und Speisen innerhalb weniger Minuten erhitzt und sogar gegart werden. Es gibt wohl kein zweites Haushaltsgerät, das derart umstritten ist, wie der Mikrowellenherd: Die einen finden ihn unglaublich praktisch und bereiten mit ihrem Mikrowellen-Kochbuch vielfältige Gerichte zu – die anderen sehen hingegen in ihm eine gesundheitsgefährdende Strahlungsquelle.

Das liegt sicherlich auch daran, dass ca. 73% der deutschen Haushalte einen solchen Mikrowellenherd besitzen, aber kaum einer versteht, wie er funktioniert. Auf Nachfrage müssten die meisten sicher zugeben, dass sie auch nicht wirklich wissen, wie und warum eine Kartoffel bei herkömmlicher Zubereitung – also auf der Herdplatte, in einem Topf mit kochendem Wasser – vom rohen in den gegarten Zustand wechselt. Aber Mikrowellen Strahlung, das klingt doch irgendwie gefährlich oder etwa doch nicht?

Im Inneren des Mikrowellenherds steckt ein Magnetron. Das ist eine Röhre, in der elektromagnetische Wellen erzeugt werden. Diese liegen im Frequenzbereich von 0,3-300 GHz und haben eine Reichweite von ca. 1mm – 10 cm. Damit sind sie deutlich kürzer als bspw. Radiowellen – daher also der Name „Mikro“ (griech. mikros / μικρός – klein, eng). Noch kürzere Wellen hat beispielsweise die Infrarotstrahlung, die man aus Bewegungsmeldern und Nachtsichtgeräten kennt.

Diese elektromagnetischen Wellen werden dann durch einen Hohlleiter in den Garraum, also ins Innere des Mikrowellenherdes geleitet. Dabei sorgen sogenannte Wobbler – quasi rotierende metallische Flügelräder – für eine möglichst optimale Verteilung der Wellen. Dazu sind moderne Geräte in der Regel mit einem rotierenden Drehteller ausgestattet, der das Gargut innerhalb des Mikrowellenherdes bewegt.

Damit die Mikrowellen nur im Innenraum des Mikrowellenherdes bleiben, sind Wände und Tür aus Metall bzw. Lochblech gearbeitet. Metall reflektiert die Wellen und bildet dadurch einen Faradayschen Käfig, der keine Strahlung nach außen dringen lässt. Außerdem wird das Magnetron sofort automatisch abgeschaltet, sobald die Tür geöffnet wird.

Andere Materialien wie Glas, Keramik und Plastik können Mikrowellen dagegen problemlos durchdringen. Selbst durch eine Glasschüssel mit Deckel kommen die Wellen also problemlos zu dem darin befindlichen Essen. Wie aber wird das Essen nun erhitzt?

Ganz wichtig für das Funktionieren ist der Wassergehalt der Lebensmittel. Aufgrund ihrer spezifischen Wellenlänge sind Mikrowellen besonders gut dafür geeignet, Dipol-Moleküle in Schwingung zu versetzen. Das H₂O des Wassers ist so ein typisches Dipol-Molekül: Es besteht aus einem negativ geladenen Wasserstoff-Atom und zwei seitlich anhaftenden, positiv geladenen Sauerstoff-Atomen. Wenn die Mikrowellen auf Wasser-Moleküle treffen, versuchen diese stets, sich nach dem elektromagnetischen Wechselfeld auszurichten und durch dieses Hin- und Herschwingen entsteht Wärmeenergie, zu gut deutsch: Das Wasser wird heiß.

Dabei ist es egal, ob sich die Wassermoleküle in einer Teetasse oder im Inneren einer Kartoffel befinden – letztere wird im Mikrowellenherd quasi „von innen“ gekocht. Auch im wassergefüllten Kochtopf wird die Kartoffel übrigens dadurch gegart, dass die in ihr befindlichen Wassermoleküle in Schwingung geraten - nur dass sie eben nicht von Mikrowellen „angeschubst“ werden, sondern die Wärmeübertragung von der Herdplatte über den Kochtopfboden in das Kochwasser und von dort in die Kartoffel erfolgt.