Как сделать плазму в микроволновке
Канадские физики объяснили, почему полыхают виноградины в микроволновой печи. Воспроизведя в лаборатории популярный кухонный эксперимент, ученые выяснили, что ряд гипотез, выдвигаемых популяризаторами, был ошибочен.
Опыт с виноградинами в микроволновке — это кухонный эксперимент, в ходе которого виноградина разрезается на две половинки и кладется в СВЧ-печь. При включении печи между половинками вспыхивает разряд и возникает небольшое облако плазмы. Сравнительная простота и безопасность в сочетании с эффектностью сделали этот опыт весьма популярным околонаучным фокусом: по доступности плазменные виноградины в микроволновке обходят жидкий азот и высоковольтные генераторы, а по эффектности превосходят смешивание уксуса с содой.
Исследователи, представившие свою статью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, отмечают, что для появления плазменной дуги даже не обязательно разрезать виноградину пополам, сохраняя между половинками мостик из шкурки, — можно обойтись целыми ягодами, просто положив их вплотную друг к другу. Кроме того, можно взять не виноград, а что-то иное: например, шарики из гидрогеля с подсоленой водой продемонстрировали аналогичное поведение. Ключевую роль играет наличие внутри разогреваемого предмета воды (а вот поверхность может быть сухой).
Виноградина или иной шарик из диэлектрика в СВЧ-поле поглощает микроволны неравномерно из-за близости своего размера к длине волны излучения. Исследователи сначала смоделировали поведение диэлектрических шаров с заданными свойствами в электромагнитном излучении, а потом продемонстрировали возникновение перегретых участков на практике в очень простом опыте без использования какого-либо сложного оборудования. Они обернули виноградины термобумагой, которая используется для печати чеков и темнеет при нагреве до 85 ℃. Такая бумага проницаема для микроволн, не мешает возникновению плазмы и при этом позволяет проследить за нагревом объекта с очень хорошим пространственным разрешением.
Изучение листов термобумаги, побывавшей между виноградинами в микроволновке, позволило доказать эффект усиления электромагнитного поля — виноградины концентрируют электромагнитную энергию. Заменив виноградины перепелиными яйцами, физики получили тот же эффект. Тем самым ученые опровергли другое часто встречающееся мнение о возникновении плазмы вследствие нагрева мокрой поверхности — сухая оболочка тоже способна создавать яркие разряды.
Справа налево: видимая картинка, нагрев после облучения микроволнами (снимки тепловизором) и расчетное распределение электромагнитного поля внутри ягод. Hamza K. Khattak et al. / PNAS / CC BY-SA-NC-ND 4.0
Сочетая термобумагу, съемку инфракрасной камерой и компьютерное моделирование, призванное показать распределение электромагнитной энергии внутри объекта, физики показали всю цепочку событий. Сначала в виноградинах фокусируются электромагнитные волны, это вызывает нагрев материала и выделение водяного пара. Кроме водяного пара из ягод (или заменяющих их объектов) в окружающее пространство попадают также ионы щелочных металлов — натрия и калия. Ионы + пар дают плазму, которая еще лучше нагревается электромагнитными волнами, давая то самое яркое свечение на любительских видео вкупе с роликами, снятыми в ходе экспериментов.
За 10 лет — с тех пор, как этот простой, но эффектный трюк появился в YouTube - его повторили несколько миллионов человек. Но секрет происходящего оставался не проясненным. Никто толком не понимал, почему виноградинки, помещенные в микроволновку, искрили и выбрасывали яркие огненные сполохи, оставаясь при этом невредимыми.
Виноград генерирует плазменные вспышки
Секрет головоломного трюка раскрыли канадские физики
Разгадка нашлась лишь недавно. Раскрыть тайну помогли эксперименты, которые провели канадские ученые — Аарон Слепков (Aaron D. Slepkov) из Университета Трент (Department of Physics and Astronomy, Trent University, Peterborough) с коллегами (Hamza K. Khattak, Pablo Bianucci) из Университета Конкордия (Department of Physics, Concordia University, Montreal). О чем они сообщили в статье, опубликованной в журнале PNAS. Коротко об исследованиях канадцев рассказал журнал New Scientist.
В оригинальном трюке виноградинку разрезали пополам, оставляя узкий поясок, соединяющий половинки. Эта композиция и начинала испускать яркие вспышки. Чудо требовало объяснений. А толковых не было. Даже профессиональные ученые пребывали в недоумении.
Наиболее здравой считалась весьма заумная гипотеза: мол, СВЧ-излучение ионизирует виноградный сок. В нем накапливается электрический заряд, появляется электрический ток, который начинает течь между половинками виноградины по проводнику — тому самому пояску. В итоге, на нем вспыхивает плазма — ионизированный газ.
Эксперименты канадцев продемонстрировали: дело не в электрическом заряде и не в проводнике. Виноградинки можно вообще не разрезать и не оставлять перемычку — они все равно начнут генерировать плазму. Достаточно поместить ягоды близко друг к дружке. Да и без ягод можно обойтись — у физиков искрили и полыхали гидрогельные шарики, на 99 процентов состоящие из воды.
Так в чем секрет? А в том, что сферические водянистые объекты словно антенны фокусируют СВЧ-энергию внутри себя. Создают горячие сгустки в центре - своего рода энергетически ядра. Они хорошо заметны в инфракрасном диапазоне.
Возрастная категория сайта 18 +
Почти в каждой семье имеется микроволновая печь. Удобное устройство, с помощью которого можно быстро разогреть еду, а ещё выполнить много разных фокусов. В сети описывается много красивых экспериментов. Микроволновка развеселит, если попробовать приготовить в ней целые яйца или засунуть лампочку накаливания. А слышали про эксперимент с виноградом в микроволновке?
Экспериментаторы утверждают, что если поместить виноград, то получится взрывной эффект. Вы увидите красивую вспышку в виде плазмы.
Поискав информацию, можем увидеть, что отзывы противоречивы. Одни утверждают — это выдумка и плазма не появится, другие убеждают — в результате получается красивая вспышка! Это правда? И почему виноград в микроволновке даёт такой интересный эффект? Попробуем разобраться.
Опыт с виноградом
Действительно, имея микроволновую печь и виноградную гроздь можно почувствовать себя учёным-экспериментатором:
- Отделите одну ягоду.
- Возьмите острый нож и разделите её на две половинки, но не до конца. Обе половинки должно должен соединять кусочек кожицы.
- Положите заготовку на блюдце и сверху накройте стаканом, после чего поставьте в СВЧ-печку.
- Выставьте среднюю мощность.
Именно теперь настало время удивляться результатам эксперимента. Виноград в микроволновке, даёт красивую вспышку. Появится чарующая плазма, направляющаяся от одной половинки к другой. Такой захватывающий эксперимент удивит не только детей, но и подростков. Даже любимая девчонка посмотрит другими глазами на парня, демонстрирующего интересные фокусы.
Почему появляется плазма
Эффект происходит из-за движения электронов. Для нагревания еды в печи используются микроволны. С их помощью электроны движутся вперёд и назад между половинками ягоды. Сосредоточение тока происходит в кусочке кожицы. Она нагревается и высыхает, а так как сухая кожица не проводит ток, то он поднимается по воздуху, создавая искры.
Виноград в микроволновой печи
С помощью электрического поля из атомов выбиваются электроны, и появляются искры. Эти электроны, неся электрический ток, свободно перемещаются. Плазма — газ, несущий свободные электроны с положительными ионами. Она проводит электричество и поглощает микроволны. Если создастся переизбыток микроволн, то в верхней части печи могут появиться повреждения в виде небольших ожогов.
Безопасность превыше всего
Плазма от винограда в микроволновке, явление, безусловно удивительное и интересное, но не забывайте о своей безопасности.
Не мешает позаботиться и о сохранности печи:
- Взрывной опыт нагреет виноград. Поэтому вынимая его, будьте осторожны — не обожгитесь.
- Оставляя ягоды без движения в СВЧ печи надолго, можно нанести ей ущерб. Затянув эксперимент, возможно увидеть внутри крупные пучки света. В этом случае срочно выключайте печь.
- Конечно, любые эксперименты с электрическими приборами нельзя проводить детям самостоятельно.
Заинтересовал взрывной ягодный опыт, но боитесь экспериментировать самостоятельно? Можете посмотреть видео!
Говорят, что фишка с виноградинками и микроволновкой давно гуляет по интернету и удивляет пользователей. Если разрезать виноградину пополам и поместить ее в микроволновую печь, нежный плод начнет искрить и плеваться плазмой. А я вот только об этом узнал.
Удивиться не успел, потому что как раз появилось внятное объяснение этому феномену:
Это зрелище долгие годы порождало множество гипотез, одна нелепее другой. И вот, наконец, раскрыть эту загадку взялась команда из трех профессиональных физиков.
Читайте также: