• Wellen und Quanten in der Technik - Mikrowellenofen
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Datum

04.02.2012

Bedarfsliste

1) Experimente mit Mikrowellensender und -empfänger:

  • Mikrowellennetzgerät
  • Mikrowellensender
  • Mikrowellenempfänger
  • Verstärker
  • Voltmeter
  • Lautsprecher
  • Prisma, Metallplatte, Pappe, Gitter

2) Absorption von Mikrowellen quantitativ (Papierlagen trocken und feucht):

  • Mikrowellennetzgerät
  • Mikrowellensender
  • Mikrowellenempfänger
  • Verstärker
  • Voltmeter
  • Wanne mit Wasser
  • Papiertücher

Versuchsaufbau

1) Experimente mit Mikrowellensender und -empfänger:

2) Absorption von Mikrowellen quantitativ (Papierlagen trocken und feucht):

Durchführung und Ergebnisse

1) Experimente mit Mikrowellensender und -empfänger:

Es werden hier der Reihe nach ein Prisma, eine Metallplatte, Pappe und ein Gitter in den Strahlengang zwischen Sender und Empfänger eingebracht um den Wellencharakter bei Beugung, Reflektion, Transmission und Absorbtion der Mikrowellen nachzuweisen.
Beim Prisma und der Metallplatte ist darauf zu achten den Richtigen Winkel zwischen Sender und Empfänger einzustellen um den gebeugten bzw. reflektierten Strahl mit dem Empfänger einfangen zu können. Die Pappe wird ohne den Winkel zu änderrn zwischen Sender und Empfänger hineingehalten, da es hier nur um Transmission gilt. Beim Gitter ist darauf zu achten es so zu halten, dass die Gitterausrichtung einmal parallel und einmal senkrecht zur Polarisationsrichtung der Mikrowellen stehen um hier sowohl Absorbtion als auch Transmission zu demonstrieren.

2) Absorption von Mikrowellen quantitativ (Papierlagen trocken und feucht):

Hier werden erst trockene Papiertücher verwendet um zu zeigen, dass mit ihnen der Empfänger nahezu ungehindert die vom Sender ausgestrahlte Leistung empfängt . Der Grund dafür ist, dass das Wasser ein permanenter elektrischer Dipol ist und daher Stoffe, die kein Wasser enthalten, die Mikrowellen nicht so gut aufnehmen können. Weiter werden der Reihe nach feuchte Papiertücher auf den Empfänger gelegt um ihn 'abzuschirmen' und anhand der Spannung am Voltmeter rückgeschlossen wie viel der ursprünglichen(ohne Papierlagen) empfangenen Strahlung noch ankommt.
Die Spannungswerte werden für die verschiedenen Papierlagen notiert und anschließend ausgewertet, wobei ein exponentieller Abfall der Spannung und somit Intensität zu beobachten sein sollte, es handelt sich also hierbei um ein exponentielles Absorbtionsgesetz.

Tipps, Tricks und Sicherheitshinweise:

Man könnte über ein Mikrophon oder einen mp3- Player am Mikrowellennetzgerät, das normalerweise mit einem passenden Anschluss ausgestattet ist, ein Signal auf die Mikrowelle legen, diese somit als Trägerwelle nutzen um das gewünschte Signal(Musik) mit dem Empfänger aufzunehmen es über den Verstärker zu verstärken und dann über den Lautsprecher abzuspielen um einen Bezug zur Realität herzustellen und zu zeigen wie beispielsweise Radiosender ihre Informationen auf große Entfernungen 'durch die Luft' übertragen.

Schülervorstellungen und bekannte Probleme:

Schwierigkeiten bei der Vorstellung, dass Mikrowellen:

  • im Sinne einer elektro-magnetschen Welle unsichtbares Licht sind
  • Energie transportieren und diese auch abgeben können in dem ein Wasser enthaltender Stoff diese Energie absorbiert

Motivierung und Vernetzung (spez. Alltagsbezug)

  • Mikrowellenofen als häuslich bekannter Bezug zum Begriff Mikrowelle
  • Transfer zum Radiosender

Weiterführende Literaturhinweise zu dem Themenkreis (die über das Thema hinausgehen)

Physik unserer Zeit , Ausgabe 35, 2004

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