Übersetzt von: Anne Käfer.
Halina Stanley stellt zahlreiche spektakuläre Experimente in der Klasse vor, bei denen Mikrowellen benutzt werden.
Wie in dieser Ausgabe im Heft von Science in School berichtet (Stanley, 2009), wird, haben israelische Wissenschaftler Mikrowellen benutzt, um Löcher in Glas und Keramik zu bohren und Plasmabälle herzustellen. Mikrowellenöfen sind sowohl für Lehrer als auch Wissenschaftler eine wertvolle Quelle. Hier ist eine Auswahl von lustigen Mikrowellenexperimenten, die für die Klasse geeignet sind.
Mit Hilfe einer Mikrowelle kann man in der Schule Plasmabällew1 aus Ruß-Nanopartikeln herstellen. Dr. Chris Schrempp, der an einer High School in Kalifornien unterrichtet, zeigt das schon seit längerem im Unterricht. Er sagt: "Das ist eine großartige Demonstration, die bei Studenten jeden Niveaus gut ankommt. Obwohl der Besitzer der verwendeten Mikrowelle, falls anwesend, absolut sicher ist, durch die Demonstration einen Totalverlust zu erleiden, bleibt das Gerät überraschenderweise völlig unbeschädigt."
Das Plasma bildet sich üblicherweise innerhalb von 10 Sekunden. Schrempp sagt: "Es macht einen fürchterlichen Krach, es hört sich an, als würde die Mikrowelle von innen nach außen brennen." Wenn sich der Plasmaball in dieser Zeit nicht bildet, dann schalte die Mikrowelle ab, zünde den Holzspan wieder an und beginne von Neuem."
Die Mikrowelle sollte nur ungefähr 20-30 Sekunden laufen, andernfalls kann das Glas überhitzen und zerbrechen. Stelle sicher, dass der Zahnstocher richtig herunter brennt und den Korken anzündet.
Die umgekehrte Glasschale dient dazu, das Plasma so einzugrenzen, dass es leicht durch das Fenster gesehen werden kann. Die Demo kann ohne Schale durchgeführt werden, aber der Feuerball wird dann zur Spitze der Mikrowelle aufsteigen. Dann muss man sich herunter beugen und durch das Fenster beobachten.
Der einzig negative Effekt der Vorführung ist ein qualmender Geruch in der Mikrowelle. Schrempp sagt, dass er noch nie wirklich Schaden am Ofen hatte, nur einige Rußmarken, aber er schlägt vor, für alle Fälle einen älteren Ofen zu benutzen.
Schrempp´s Vorführung von diesen und viele anderen dramatischen Experimenten kann man auf der Internetseite von Exploscience sehenw2.
Plasmabälle können auch unter Verwendung von Weintrauben hergestellt werden, wie in Schrempp´s e-book Bangs, Flashes, and Explosions – An Illustrated Guide of Chemistry Demonstrationsw3 beschrieben wird:
Ein Video des Weintraubenplasmas kann auch online beobachtet werdenw4.
Wenn ein Stück Seife etwa eine Minute lang mit Mikrowellen auf der höchsten Stufe behandelt wird, entwickelt es sich zu einer seltsamen Vulkanlava oder zu etwas, das wie ein schrecklicher Pilz aussieht. Die Verformung wird durch klitzekleine Wassertropfen, die in der Seife verdampfen, oder durch Luft, die sich in der Seife ausdehnt, beim Erhitzen verursacht.
Die Seifenskulptur könnte den Backofen (und den Klassenraum) unter starken Geruch setzen, also versuche eine unparfümierte Seife zu finden und verwende keine Mikrowelle, die benutzt wird, um Essen zu bereiten.
Diese Vorführung hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Lehrer die mit Mikrowellen behandelte Seife im Versuchslabor der Schule liegen lassen kann, um Kollegen zu beunruhigen, oder die Studenten können sie mit nach Hause nehmen, um Familienmitglieder zu verängstigen.
Dieses und andere Experimente kann man auf der Internetseite physics.orgw5 finden.
Wenn Vorführungen gut sind, sind Explosionen unvergesslich. Meine Kinder lassen mich nie den Abend vergessen, in der ein von meinem Sohn gekochtes Ei ein ziemlich flüssiges Eiweiß aufwies und ich sagte: "wenige Sekunden in der Mikrowelle werden es zu einem guten Ende bringen"! Ein Hühnerei, sogar mit abgeschlagener Spitze, wird dramatisch explodieren, wenn es in der Mikrowelle erhitzt wird. Man kann es im Unterricht versuchen, aber nur wenn man sich darauf einstellt, das Innere der Mikrowelle danach zu reinigen.
Eine US TV-Sendung, Brainiac Science Abuse, hat dieses Experiment bis ans logische Limit durchgeführt, indem ein Straußenei in der Mikrowelle erhitzt wurde. Das ist wohl kein Experiment, wozu du selbst willens oder in der Lage bist, aber es gibt sehr viele Versionen auf YouTubew6 davon. Ich vermute stark, dass das Experiment irgendwie zusammengebastelt ist (man nennt so etwas Missbrauch der Wissenschaft), aber man kann das Video nutzen, um jede Klasse aufzuwecken.
von Murat Giray Kaya /
iStockphoto
Eine andere klassische Demonstration besteht darin, eine Glühlampe in eine Mikrowelle zu legen. Eine Glühlampe (ob sie funktioniert oder nicht) wird aufleuchten, wenn sie von Mikrowellen bestrahlt wird, sofern das Glas intakt ist. Abhängig vom Typ der Lampe kann man verschiedene Farben bekommen. Beachte, dass die Lampe sich sehr schnell aufheizt; 10 Sekunden reichen wahrscheinlich schon, bis man sie wieder abkühlen lässt.
Fluoreszierende Röhren werden auch aufleuchten und der Effekt kann dazu benutzt werden, um Undichtigkeiten rund um die Mikrowellentüren aufzuspüren. Schalte die Mikrowelle an und halte eine glimmende Röhre an die Ecken der Ofentür. Wenn die Mikrowelle undicht ist, wird die Lampe glühen. (Schalte das Licht im Zimmer aus, dann kann man das Glühen sehen.) Das geht besser, wenn der Ofen leer ist, aber wenn man einen älteren Ofen (vor 1980) testet, sollte man ein Glas Wasser hineinstellen. Beachte, dass diese Methode nur die größeren Undichtigkeiten zeigt.
Dieses und andere Fakten, Mythen und Experimente über und mit Mikrowellen sind auf William Beaty`s Internetseitew7 gesammelt.
Die "nackten Wissenschaftler" Chris Smith und Dave Ansell beschreiben in ihrem Buch Crisp Packet Fireworks und auf ihrer Internetseitew8, eine sehr schöne Darstellung, wie stehende Wellen benutzt werden, um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen. Dort kann man auch weitere Experimente mit Mikrowellen finden.
Nachdem die Schüler alles über die wirklich schwierigen historischen Experimente, die Lichtgeschwindigkeit zu messen, gelernt haben, denken sie, dass es großartig ist, diese einfache Methode zu benutzen. Der einzige Minuspunkt dieser Darstellung ist ein ziemlich starker Geruch nach Toast. Dieses Experiment kann auch benutzt werden, die Auffassung zu bekräftigen, dass alle Wellen im elektromagnetischen Spektrum sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Licht, einschließlich Mikrowellen, ist eine Welle bestehend aus Höhen und Tälern. Die Wellenlänge ist die Entfernung von einer Höhe zur nächsten. Die Frequenz ist die Anzahl der Wellen pro Sekunde. Um zu wissen, wie schnell eine Welle sich ausbreitet, braucht man beide Werte.
Eine Mikrowelle sendet auf der einen Seite des Ofens Wellen aus, welche auf der gegenüberliegenden Seite reflektiert werden und dorthin zurückkehren, wo sie herkommen. Die reflektierten Wellen treffen auf die ursprünglichen Wellen; dabei heben sie sich an einigen Stellen auf und addieren sich an anderen Stellen: Die Wellen im Ofen überlagern sich und erzeugen eine stehende Welle. In den Bereichen mit hoher Amplitude (Schwingungsbauch) findet eine starke Erwärmung statt. In den Bereichen, wo die Amplitude bei Null liegt (Schwingungsknoten), gibt es nur wenig Erwärmung. Die Entfernung zwischen zwei überhitzten Stellen ist eine halbe Wellenlänge, d.h. die Entfernung von einem Schwingungsbauch zum nächsten. An diesen überhitzten Stellen schmilzt die Margarine zuerst.
Light, including microwaves, is a wave consisting of a series of peaks and troughs. The wavelength is the distance from one peak or trough to the next. The frequency is the number of waves per second. To know how fast a wave is travelling, you need both values.
A microwave oven produces waves on one side of the oven, which are reflected on the opposite side and return to where they started. The reflected waves will encounter the original waves, cancelling each other out in some places, while adding up in others: the waves bouncing about in the oven interfere with each other, creating a standing wave with positions of high amplitude (antinodes) where there will be strong heating, and positions where the amplitude is close to zero (nodes) where there will be little heating. The distance between two hot spots is half a wavelength – the distance from one antinode to the next. In these hot spots, the margarine will melt first.