Butter in Mikrowelle erwärmen

skywalker · Anmeldungsdatum: 01.04.2006 Beiträge: 198

HAllöchen,

ich habe hier mal eine verrückte aber mich beschäftigende frage.

also, wenn man doch ein stück butter in der mikrowelle erwärmen will, so nimmt zu aller erst die mitte des stück butter eine verflüssigende eigenschaft an. wieso eigentlich? wieso nicht zu erst aussen? könnt ihr euch das erklären?

ich weiß nicht so wirklich, ob diese frage hier so reingehört. aber ich wollte es mal versuchen.

gruß skywalker

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wenn man Butter an heißer Luft erwärmt, dann schmilzt sie zuerst dort, wo die heiße Luft in Kontakt zur Butter tritt, also außen an der Oberfläche.

In der Mikrowelle werden die Stellen am schnellsten erwärmt, die die Mikrowellenstrahlung am besten absorbieren. Also zum Beispiel die Stellen, die Wasser enthalten. Anders als die heiße Luft kann die Mikrowellenstrahlung problemlos auch ins Innere der Butter vordringen.

Weil so ein Stück Butter ziemlich homogen sein dürfte, absorbiert es also überall ungefähr gleich viel Mikrowellenstrahlung, das heißt, sein Inneres dürfte genauso schnell schmelzen wie seine Oberfläche. (Und wenn man dann noch berücksichtigt, dass die Oberfläche ja luftgekühlt ist und das Innere nicht, dürfte die Oberfläche später schmelzen als das Innere.)

Und Dinge, die in ihrem Inneren mehr Wasser enthalten als ihre äußere Oberfläche, werden also dementsprechend in einer Mikrowelle innen schneller heiß als außen.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Ist das wirklich so?

Ich müßte es jetzt erst auprobieren, aber ich würde davon ausgehen, dass das Äußere der Butter schneller flüssig wird, als das Innere.
@dermarkus: Deine Erklärung ist, denke ich nicht ganz richtig. Wenn das Material homogen ist, dann sollte die Strahlung außen stärker sein als innen, weil außen schon ein Teil absorbiert wurde. Normalerweise sollte also die Butter außen mehr erwärmt werden als innen. Kann natürlich schon was dran sein mit den anderen Effekten, dass die Abkühlung durch Konvektion, etc. dazu führt, dass die Butte innen doch schneller flüssig/weich wird. Aber eigentlich kann ich mir das nicht so richtig vorstellen. Ich habe ein ähnliches "Experiment" schon mal mit Käse gemacht und der wurde zuerst außen warm. Ich denke nicht, dass der Anteil an Wasser in Käse höher ist als in Butter.
Naja, ich weiß nicht... Ich glaube irgendwie nicht, dass das stimmt. Hat das schon mal jemand gemessen?

Gruß
Marco

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Eine mögliche Theorie wäre, dass sich das aus der Positionierung der Butter ableitet. Eine Mikrowelle ist ja so konstruiert, dass sich im Inneren eine stehende Welle ausbildet. Die Erwärmung ist logischerweise bei den Knoten am geringsten und bei den Bäuchen maximal. Normalerweise wird dem entgegengewirkt, indem sich der Teller mit dem Essen einfach dreht, so dass die Position der Knoten/Bäuche nicht konstant bleibt.
Der Effekt ist sehr gut nachvollziehbar wenn man die Drehung mal 'deaktiviert' und einen Teller gut Schmelzbares (z.B. Schokoriegel) an fester Position reinstellt. Man kann richtig zusehen wie bestimmte (regelmäßige) Punkte schneller wegschmelzen als andere Stellen. Es wäre also eine Konstellation vorstellbar, bei der selbst bei der Drehung der Butter stets ein Schwingungsbauch im Zentrum ist, so dass dieses verhältnismäßig stärker erwärmt wird. ... Ob es wirklich daran liegt weiß ich nicht, ich habe ehrlich gesagt auch noch nie etwas wie Butter in der Mikrowelle erwärmen wollen. ;-)

//edit: siehe auch hier .. beim googlen nach 'Mikrowelle "stehende Welle"' gefunden. Big Laugh

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Ja, ein Kommilitone kam sogar damit:

Lichtgeschwindigkeitsmessung per Käsebrötchen

Man nehme ein Käsebrötchen (Käse liegt flach auf), lege es in die Mikrowelle, wo man den Rotator (oder wie auch immer das Teil heisst) deaktiviert hat, schaltet das Teil ein und wartet ab...

Wenn der Käse schön Blasen wirft, misst man den mittleren Abstand derselben (= halbe Wellenlänge), schaut die Frequenz nach (soll auf dem Gerät stehen, oder man zieht Wikipedia zu Rate), et voilá:

Lichtgeschwindigkeit = Wellenlänge mal Frequenz

Hat für ziemliche Lacher gesorgt... smile

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Joah, genau so kann das gehen. ... Zumindest war es auch das was wir mit dem oben angesprochenen Teller voller Schokoriegelstückchen bezwecken wollten. Big Laugh

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

In den USA scheint man das am liebsten mit Marshmellows zu machen Augenzwinkern

http://www.physics.umd.edu/ripe/icpe/newsletters/n34/marshmal.htm

Der Abstand (eine halbe Wellenlänge der Mikrowellen) zwischen den am schnellsten schmelzenden Stellen bei herausgenommenem Drehteller beträgt demnach offenbar für die meisten Mikrowellengeräte (übliche Frequenz knapp 2,5 GHz) rund 6 cm.

skywalker · Anmeldungsdatum: 01.04.2006 Beiträge: 198

also, erstmal vielen dank für das große interesse an meiner frage :-)

zuerst hatte ich mir auch sowas wie dermarkus erklärt hatte, vorgestellt. also zumindest den punkt,dass wo dermarkus sagt, dass im inneren mehr wasser enthalten sein könnte ud deswegen dort schneller schmilst. aber irgendwie konnte ich mir nicht erklären, warum im inneren der butter mehr wasser sein sollte...... nun ja.

die theorie von para, mit dem schokoriegel, finde ich irgendwie auch einleuchtent.

danke für die theorien. smile

Dieter5858 · Moderator Anmeldungsdatum: 02.08.2004 Beiträge: 696 Wohnort: Hamburg

Hiho

Aaaalso, ich muss mich ja mal wieder zurückmelden:-)

Ich glaub nicht das das mit dem Wassergehalt in der Butter zu tun hat.
Ich weis auch nicht wirklich obs aussen oder innen schneller schmiltzt, aber
es ist doch normal das Wärme immer zur größten Masse zieht (oder da wo viel Masse ist zieht die Wärme auch hin.
Wer schonmal geschweißt oder gelötet kennt das sehr gut.
Das nehme ich mal als erklärung das die Butter in der Mitte schneller schmiltzt.(Könnt auch mit der Luftkühlung zusammenhängen ist glaube ich das gleiche:-)

Allerdings muss ich sagen das ich bei mir mal Tiefgefrohrenen Käse aufgetaut habe und ich das gefühl hatte das der am Ausenrand zuerst schmolz, bin mir da aber nicht sicher.

skywalker · Anmeldungsdatum: 01.04.2006 Beiträge: 198

.....

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Also, ich habe jetzt mal meine Mikrowelle ausgemessen! Da kam ich auf diese Abmessungen:
Höhe: (203 +/- 2) mm
Breite: (285 +/- 2) mm
Tiefe: (298 +/- 5) mm
Der Fehler bei der Tiefe ist so groß, weil ich Probleme hatte mit der Tür. Ich kann ja nur bei offener Tür messen und es war für mich nicht ganz klar zu messen, wie der Spalt im geschlossenen Zustand ist.
Am Gerät steht auch die Frequenz: 2450MHz. Das entspricht dann einer Wellenlänge von:
(122,4 +/- 0,1) mm
Das würde auch dem entsprechen, dass der Abstand von heißen Punkten in etwa 6cm ist, weil das ja gerade die halbe Wellenlänge sein müßte.
Wenn die Mikrowelle aber ein Resonater darstellen soll, dann müßte doch jede Länge einem Vielfachen der halben Wellenlänge entsprechen. Oder habe ich da einen Denkfehler? Auf jeden Fall würde das bei meiner Mikrowelle nicht der Fall sein.

Gruß
Marco

Dieter5858 · Moderator Anmeldungsdatum: 02.08.2004 Beiträge: 696 Wohnort: Hamburg

Das die Butter anders schmiltzt als Schokolade würde ich damit erklären das die "Wärmeleitfähigkeit" anders ist.
Gibt ein Stoff die Wärme gut weiter wird die wärme nach innen gezogen.
bei schokolade ist das sehr wahrscheinlich schlechter, weil weniger Wasser.

Vielleicht wird die Schokolade ja zuerst aussen angegriffen wie bei einem Salzwürfel das von Wasser zersetzt wird, da es das Salz am "schwächsten" punkt angreift.
aber ist etwas weit ab vom Thema...

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Also ich persönlich glaube irgendwie auch nicht an die Theorie mit den stehenden Wellen. Dann würde nicht immer jedes Stück Butter in jeder Mikrowelle zuerst Innen warm werden. Ich halte das eher für eine "urban legend" oder so... Aber lasse mich natürlich gerne eines Besseren belehren! Augenzwinkern

Das mit der "Wärme zur größeren Masse ziehen" finde ich ehrlich gesagt auch nicht so richtig gut. Das ist wahrscheinlich eine anschauliche Aussage gerade beim Thema Schweißen, aber physikalisch finde ich das nicht so sinnvoll. Tatsache ist, dass beim Schweißen das Metall sehr warm wird und je größer die Masse ist, desto höher ist die Wärmekapazität. Wenn die Oberfläche im Verhältnis zur Masse an einer Stelle groß ist, ist die Abkühlung dort natürlich auch groß und die Wärmekapazität eher klein. Umgekehrt ist an Stellen "großer Masse" das Verhältnis Oberfläche zu Wärmekapazität klein und die Abkühlung deshalb gering. Aufwärmen tut man in etwa alles einigermaßen gleichmäßig, aber die Abkühlung ist unterschiedlich. Deshalb wird aber Wärme dann nicht von irgendwas "aufgesaugt" oder so.
Auf der anderen Seite kann das natürlich auch bei der Butter zutreffen (so ähnlich zumindest).
Ich glaube das liegt eher daran: Butter besteht ja hauptsächlich aus Fett aber auch ein gewisser Anteil Wasser (werde gleich mal suchen, wie genau). Wenn man das Stück jetzt in die Mikro tut, dann wird am Rand das Wasser aus dem Fett komplett verdunsten und dabei sogar noch eher etwas kühlen. Innen kann es aber nicht verdunsten. Nach relativ kurzer Zeit hat man also die Situation, dass der Wassergehalt der Butter außen deutlich geringe ist, als innen.
Mikrowellen nutzen ja zur Erwärmung aus, dass die meisten Lebensmittel mehr oder weniger Wasser beinhalten. Die Wassermoleküle sind ja Dipole, die sich versuchen dem äußeren Wechselfeld entsprechend auszurichten. Im Mikrowellenberech gibt es da eine Resonanz, die dazu führt, dass das Wasser stark erwärmt wird. Bei Fett ist das nicht so, weil es ja keinen (so großen?) Dipolanteil hat. Deshalb wird pures Fett wahrscheinlich in der Mikrowelle kaum erwärmt werden.
So ist es dann auch mit der Butter. Der überwiegende Fettanteil am Rand der Butter wird dann nicht mehr erwärmt, aber das innen eingeschlossene Wasser erwärmt den Innenteil der Butter.

Beim Käse ist der Wassergehalt wahrscheinlich schon von Anfang an so gering, dass es keinen Unterschied mehr macht.

Das mit den stehenden Wellen muß ich erst nochmal nachschauen. Es würde zwar schon irgendwie Sinn machen vielleicht, aber ich halte das trotzdem für ein Gerücht. Zumal der schönste Resonator zerstört wäre, sobald man sein Mittagessen rein stellt. Der Drehteller ist auch einfach dafür da, damit das Essen von allen Seiten bestrahlt wird. Bei mir ist z. B. rechts eine Plastikabdeckung, hinter der die Mikrowellenquelle sitzt. Wenn kein Drehteller drin wäre, würde alles nur rechts richtig warm werden. Man kann das übrigens auch beobachten, wenn man ein Käsebrot warm macht. Bei mir gibt es im Käse immer zuerst an den Stellen Blasen, die direkt an der Strahlungsquelle vorbeigekommen sind. Auch das widerspricht etwas der "stehende Wellen"-Theorie, finde ich. Eigentlich müßte die andere Seite dann ja genau so reagieren, das ist aber nicht so.

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wo wir nun so viele gute Argumente gesammelt haben, fasse ich das ganze mal mit Hilfe von schönen Bildern zusammen und versuche es zu ergänzen und auf den Punkt zu bringen.

http://www.e13.physik.tu-muenchen.de/Doster/lb06/lb2_v5.pdf

1) Die Erwärmung eines Lebensmittels im Mikrowellenherd erfolgt durch Absorption von Mikrowellenstrahlung in diesem Lebensmittel und ist proportional zur Intensität dieser Strahlung (siehe auch Formel auf S. 5 und 9 im Link).

2) Trifft eine Mikrowelle von einer Seite auf ein Lebensmittel, so nimmt ihre Intensität beim Eindringen exponentiell ab, während sie absorbiert wird. (siehe auch S. 10 im Link)

3) Die Oberfläche des Lebensmittels wird gekühlt durch Luftkühlung und möglicherweise auch durch Verdunsten von Wasser.

4) In einem Mikrowellenherd laufen die Mikrowellen kreuz und quer umher (siehe S. 12 im Link). Sie werden an den Innenwänden reflektiert, daher kommt es zu stehenden Wellen. (siehe S. 13 im Link) Die daraus resultierenden unerwünschten heißen und kalten Stellen im erwärmten Lebensmittel kann man minimieren, indem man den Drehteller verwendet, oder indem man eine kleine Mikrowellenleistung verwendet, damit genug Zeit für einen Wärmeausgleich durch Wärmeleitung bleibt, oder indem man umrührt. Dieser Punkt 4. ist nicht erforderlich, um unser Butterrätsel zu erklären. Aber er erklärt das punktuelle Schmelzverhalten der Schokoriegel, das skywalker beobachtet.

5) Hat das Lebensmittel die Form einer Scheibe, dann dringen die Mikrowellen von zwei Seiten ein. Der exponentielle Abfall (2) von beiden Seiten her führt zu einem Temperaturminimum in der Mitte, dicht unter der Oberfläche ist die Temperatur maximal, und die Kühlung der Oberflächen (3) führt zu einem leichten Temperaturabfall an der Oberfläche selbst. (siehe S. 15 im Link). Eine Schokoladentafel ist in ziemlich guter Näherung scheibenförmig, daher ist zu erwarten, dass sie eher nahe an der Oberfläche als mitten in ihrem Inneren zu schmelzen beginnt.

6) Die Form eines Stücks Butter wird aber viel besser angenähert durch das Modell eines runden Lebensmittels.
(siehe Folie 16 in der Power-Point-Präsentation unter
http://www.google.de/search?hl=de&q=+randtemperatur+mikrowelle+runden&btnG=Suche&meta= ) Bei diesem dringen die Mikrowellen von allen Seiten ein, so dass sich in der Mitte die Intensitäten all dieser (dort mittelstark abgeschwächten) Wellen maximal addieren, während am Rand die Summe weniger sehr starker Wellen (die dort eintreffen) und vieler stark abgeschwächter Wellen (die von den anderen Seiten kommen und das Lebensmittel durchquert haben) kleiner ist als in der Mitte. Diesen geometrischen Effekt, der das entscheidende Argument darstellt, hatten wir in unserer bisherigen Argumentation noch vergessen.

Dass die Erwärmung in der Mitte eines runden Lebensmittels (oder in der Mitte eines Stückes Butter) am stärksten ist, liegt also einfach daran, dass sich dort die Intensitäten der von allen Seiten einfallenden, exponentiell abfallenden Mikrowellen am stärksten addieren.

Das Argument (3) der Kühlung der Oberfläche verstärkt zwar den Effekt, dass die Oberfläche der Butter kälter ist als die Mitte, ist aber für die Erklärung hier wohl nicht notwendig.

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

@dermarkus:
Schöne Post -- vor allem die Erklärung der Butter-Kavität... der Link ist auch nicht schlecht.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo naemi!

Ja, ich muß inzwischen auch sagen, dass dermarkus' Beschreibung sehr einleuchtend ist! Sehr guter Link auch mal wieder (wie machst Du das immer, dermarkus?). Die Form hatte ich wirklich nicht bedacht bei dem ganzen...
Aber mich würde trotzdem noch interessieren, wie das mit der "Resonator-Theorie" der Mikrowelle aussieht. Meines Erachtens dürfte das nicht zutreffen. Ich habe dermarkus' Links nicht so ganz im Detail durchgelesen, vielleicht steht da ja schon eine Antwort. Das einzige, das ich gesehen habe, ist dass sich die Intensitätsverteilung deutlich ändert, wenn etwas in der Mikrowelle liegt und damit wahrscheinlich die Resonanz so wie so zerstört wäre.

Aber alles in allem: Ein wirklich interessanter Thread finde ich! Danke für die ganzen interessanten Gedanken und Informationen!

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Manchmal ist es die Neugier, die auch mal ein längeres Ausprobieren und Stöbern spannend macht, und manchmal ist es Glück beim Erraten passender Suchbegriffe für google smile