Физики разобрались с формированием плазмы из винограда в микроволновке

Взаимодействие ягод винограда с микроволновым излучением

Aaron Slepkov / YouTube

Канадские ученые объяснили популярный в интернете эксперимент по созданию плазмы из ягоды винограда в домашней микроволновой печи. Авторы статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences показали, что плазма зажигается за счет высоких значений энергии в области контакта двух половин и наличия ионов щелочных металлов на проводящей поверхности ягод.

Больше двадцати лет популяризаторы науки демонстрируют эксперимент, в котором они разрезают ягоду винограда, оставляя мостик из кожуры, ставят в микроволновую печь и наблюдают появление искр. На эмиссионном спектре такой плазмы можно увидеть линии натрия и калия, которые в высокой концентрации содержатся в кожице винограда. Это свидетельствует о том, что эти элементы ионизируются под действием сильного электрического поля на поверхности ягод. Образовавшиеся ионы щелочных металлов в свою очередь взаимодейстуют с микроволновым излучением и вызывают каскад ионов воздухе, формируя растущую и уже независимую от ягод плазму.

В научной литературе у феномена образования ионного газа не было объяснения до тех пор, пока группа канадских ученых под руководством Аарона Слепкова (Aaron D. Slepkov) из университета Трент не занялись его подробным рассмотрением в лабораторных условиях. Ученые помещали в микроволновую печь две ягоды винограда или два гидрогелевых шарика, которые состоят практически полностью из воды, и следили с помощью тепловизора за распределением тепловой энергии под воздействием микроволнового изучения. Для того, чтобы определить положение самых горячих областей на поверхности ягод, их предварительно обернули в термобумагу, которая темнела при нагреве до температуры около 85 градусов Цельсия. 

На основе тепловизионных изображений исследователи сделали вывод о том, что больше всего тепловой энергии выделяется в точке соприкосновения двух сфер. Причем, судя по экспериментам с термобумагой, даже не на поверхности, а в пространстве между ними (наиболее крупное темное пятно оказалось в среднем слое бумаги). Теоретическое моделирование взаимодействия гидрогелевых шариков с микроволновым излучением подтвердило эти эмпирические данные.  

Авторы работы утверждают, что скопление энергии происходит за счет процессов, сходных с резонансом Ми - две водяных сферы когерентно усиливают микроволновое излучение, достаточное для ионизации калия и натрия и возникновения плазмы.Такой поверхностный резонанс позволяет возбуждать молекулы в областях размеров, на которые невозможно воздействовать традиционными оптическими методами. 

По словам авторов работы, результаты их экспериментов пригодятся в исследованиях в области нанофотоники и для создания новых приборов на основе принципов резонанса. Около года назад российские ученые создали наноантенны, длину волны излучения которых можно изменять, варьируя их химических состав.

Алина Кротова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.