Mikrowellen
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Der Begriff Mikrowellen fasst die Dezi-, Zenti- und Millimeterwellen zusammen. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge zwischen 1 cm und 1 mm liegt, was einem Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 300 GHz entspricht.
Mikrowellen kommen in der Radartechnik, im Mikrowellenherd sowie in vielen technischen Anwendungen wie Plasmaanlagen, drahtlosen Kommunikationssystemen (Mobilfunk, Bluetooth, Satellitenfernsehen, WLAN) oder Sensorsystemen zum Einsatz. An einer Verwendung als Strahlenwaffe, z.B. der ADS, wird gearbeitet.
Für andere technische Anwendungen sind die Frequenzen ca. 800 MHz, 2,45 GHz und etwa 13 GHz freigegeben; der bekannte Mikrowellenherd arbeitet bei 2,45 GHz. Diese Frequenzen sind als ISM-Band für die weitgehend freie Nutzung freigegeben.
Aufgrund ihres Frequenzspektrums sind Mikrowellen besonders zum Anregen von Dipol- und Multipolschwingungen geeignet. Besonders anschaulich ist dieser Effekt bei der Schwingungsanregung von Wassermolekülen im Mikrowellenherd. Die niedrigste Resonanzfrequenz des freien Wassermoleküls liegt bei 22,23508 GHz. Mit einer 2,45 GHz Strahlung eines üblichen Mikrowellenofen erzielt man einen guten Kompromiss aus Absorption und Eindringtiefe. Die absorbierte Energie wird in Form von Wärme abgegeben.
Die Dielektrizitätskonstante beschreibt die frequenzabhängigen Absorptionseigenschaften von Stoffen und somit deren Erwärmung.
Da es sich bei der Mikrowellenstrahlung um elektromagnetische Strahlung handelt, gehorcht sie wie das Licht den Maxwellgleichungen. Dies hat zur Folge, dass sie ebenfalls reflektiert und gebrochen wird und interferieren kann. Sie wird von Metallen und elektrischen Leitern reflektiert und nur wenig absorbiert. Geeignete Isolatoren (z. B. einige Thermoplaste, insbesondere PTFE (Teflon), Glas, viele Keramiken, Glimmer) sind jedoch durchlässig für diese Strahlung und absorbieren sie nur wenig - daher können z. B. optisch undurchsichtige Kunststofflinsen zur Bündelung von Mikrowellen eingesetzt werden.
Oberhalb von etwa 1 GHz können Mikrowellen nicht bzw. kaum in einem elektrischen Leiter transportiert werden, da hier die Reflexionseigenschaften des Metalls zu stark werden. Stattdessen kommen hier Hohlleiter zum Einsatz. Mikrowellen sehr hoher Leistung können durch Laufzeit-Röhren Klystrons oder Magnetrons erzeugt werden; letztere werden auch in Mikrowellenherden verwendet.
Mikrowellen werden sehr gut durch Ferrite absorbiert. Manche militärischen Flugzeuge werden deshalb mit einer entsprechenden Beschichtung versehen (Stealth-Technologie), um sie vor der Ortung durch Radar zu schützen.
[Bearbeiten] Literatur
- Klaus-Peter Möllmann, Michael Vollmer: Kochen mit Zentimeterwellen: Die Physik der Haushaltsmikrowelle. Physik in unserer Zeit 35(1), S. 38 – 44 (2004), ISSN 0031-9252
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