Eleverne laver en model, hvor de ved hjælp af en lommelygte undersøger, hvorfor skyggen ‘peger’ i en bestemt retning, og hvordan skyggen kan ændre størrelse, afhængig af lysstrålens placering.
Strålingen i en mikrobølgeovn er absolut ikke homogen. Når mikrobølgerne ledes ind i selve ovnen, vil de reflekteres fra alle ovnens metaloverflader. Dette skaber et kompliceret bølgemønster af konstruktiv og destruktiv interferens (stående bølger).
For at måle dette kan man placere et materiale, der ændrer konsistens, når det opvarmes. Dette kan for eksempel dreje sig om skumslik (“skumfiduser”), et lag af sandwichost eller chokoladestykker.
VIGTIGT – Læs dette sikkerhedsafsnit, inden du går i gang. BEMÆRK, AT METAL I EN MIKROBØLGEOVN KAN SKABE VOLDSOMME GNISTER. Bruger man metal helt uden ujævnheder og skarpe kanter, så vil man dog som regel undgå dette. Som eksempel kan man lægge nogle spiseskeer ind sammen med skumfiduserne.
Tag et billede af skumfiduserne, når forsøget er udført. Se om du kan tegne en graf, der beskriver, hvor strålingen er kraftigst. Skriv ned, hvor længe ovnen var tændt og ved hvilken effekt.
Prøv at tage et billede af skumfiduserne hver gang du ændrer en variabel.
I en mikrobølgeovn genereres der mikrobølger fra en magnetron. Mikrobølgerne føres derefter ned i ovnkammeret.
Da metalvæggene i mikrobølgeovnen reflekterer strålingen, vil der inde i ovnen dannes et kompliceret interferensmønster. Det betyder, at feltstyrken ikke er konstant inde i ovnen. Nogle steder er der kraftigt felt, og andre steder er der svagt felt. For at kompensere for dette, placeres maden typisk på en roterende plade. Enkelte ovntyper har desuden en roterende metalpropel, der reflekterer strålingen rundt i ovnen.
For at undgå problemer med den meget inhomogene opvarmning i en mikrobølgeovn, er der som regel placeret en roterende plade i bunden af ovnen. Denne plade sørger for, at maden, der skal opvarmes, flyttes rundt i de både stærke og svage felter og på den måde udjævner opvarmningen til hele maden.
De bedste mikrobølgeovne har desuden monteret en roterende metalpropel, som sørger for at reflektere mikrobølgerne rundt i et kaotisk mønster.
Når du bruger en ske, der enten har skarpe kanter eller små spidser/ujævnheder, kan metallet gnistre.
“How microwave cooking works”(Howstuffworks.com)
Kort introduktion til mikrobølgeovne
Simulering af vandmolekyler udsat for mikrobølger
Kemisk forklaring af opvarmning med mikroovn
Magnetron forklaret
Stående bølger i en mikroovn
D.A. Wardle: “Absorption of microwaves in the microwave oven”, The Physics Teacher 39, 210 (2001) (metode til at måle kvantitativt på mængden af absorberet stråling via temperaturændring i et glas vand) (http://scitation.aip.org/tpt).
PIRA DCS: 5N10.56 (Elektricitet og magnetisme: Elektromagnetisk stråling).
I forsøget benyttes en mikrobølgeovn, en analog høj-teknologi. En mikrobølgeovn varmer maden ved at bestråle den med mikrobølgestråler, der har en frekvens ved 2450MHz.
Mikrobølgerne påvirker alle polære molekyler, hvilket typisk vil betyde de vandmolekyler, der findes i vores madvarer. Polære molekyler har en positiv og en negativ ende, og når molekylet udsættes for mikrobølgernes elektriske felt, vil det begynde at rotere i takt med, at feltet svinger. Disse svingninger omsættes til varme, idet vandmolekylerne “gnider” op ad hinanden (friktion).
Prøv at udføre forsøget ved forskellig effekt. Her er din variabel mikrobølgeovnens effekt.
Prøv at lade ovnen være tændt i lidt tid ad gangen og se den gradvise ændring af skumfiduserne. Her er din variabel opvarmningstiden.
Prøv evt. at observere med en ny portion skumfiduser om slutresultatet er det samme, hvis du ikke holder pause i opvarmningen.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.