Es soll untersucht werden, welche Methode zur Erhitzung von Wasser (Induktionskochfeld, Strahlungskochfeld, Mikrowelle, Wasserkocher) den höchsten Wirkungsgrad hat.

• Induktionskochfeld

• Strahlungskochfeld

• Mikrowellenofen

• Wasserkocher

• 4x Leistungsmessgeräte

• 2x Töpfe mit Deckel

• 4x gleiche Menge Wasser (hier: 500g)

• 4x Thermometer mit zugehörigem Interface und einem digitalen Endgerät (hier: Pasco)

vgl. Abbildung 1

Die Messung wird bei allen 4 Geräten gleichzeitig gestartet. Nur beim Mikrowellenofen wird lediglich die Anfangstemperatur und die Endtemperatur des Wassers gemessen (bauartbedingt nicht anders möglich). Bei den anderen drei Methoden wird ein Temperaturverlauf aufgenommen. Zusätzlich wird die elektrische Leistungsaufnahme der verwendeten Geräte mithilfe der Leistungsmessgeräte bei Versuchsdurchführung abgelesen.

Das Wasser siedet in folgender Reihenfolge:

1. Wasserkocher

2. Induktionskochfeld

3. Strahlungskochfeld

Bei dem Mikrowellenofen kann nur beobachtet werden, dass die Temperatur des Wassers um 29°C in 145 Sekunden gestiegen ist. In dieser Zeit hat das Wasser im Wasserkocher bereits gesiedet.

Mit der Formel für die zugeführte Energie, der Formel für die nutzbare Energie sowie der Formel für den Wirkungsgrad ergeben sich folgende Ergebnisse (vgl. Abbildung 3). Der verwendete Wert für die Leistung P bei der Berechnung der zugeführten Energie, wurde an den Leistungsmessgeräten abgelesen.

Die Ergebnisse (vgl. Abbildung 3) lassen sich wie folgt interpretieren:

• Ein Wasserkocher hat eine Heizspirale, die direkt im oder unter dem Wasser sitzt. Die Wärmeübertragung erfolgt also fast direkt an das Wasser, sodass weniger Verluste an die Umgebung entstehen.

• Beim Induktionskochfeld wird mithilfe eines magnetischen Felds direkt der Topf erwärmt, somit wird der Topf zur “Heizfläche”.

• Beim Strahlungskochfeld gibt es eine Heizspirale unter der Glaskeramikplatte, die heiß wird und Wärme an die Umgebung abgibt (Strahlung + Wärmeleitung). Somit wird der Topf indirekt erhitzt.

• Ein Mikrowellenofen nutzt Mikrowellenstrahlung zur Anregung der Teilchen des Wassers. Die Erwärmung ist somit sehr inhomogen. Die große Verluste liegen daran, dass zur Erzeugung der Mikrowellenstrahlung nur ein Bruchteil der elektrischen Energie in der Mikrowellenstrahlung deponiert wird. Außerdem ist die Mikrowellenstrahlung nicht gerichtet und somit nicht nur das Wasser erwärmt.

• Zur besseren Visualisierung können beim Versuch, farbige Markierungen für die jeweiligen Geräte genutzt werden, die den Farben der dargestellten Temperaturverläufe entsprechen.