Почему виноград в микроволновке выделяет плазму?

Некоторые из вас могут знать этот эксперимент ( Виноград + Микроволновая печь = Плазменная видеоссылка ):

  • возьмите виноградину, которую вы почти разделили на две части, оставив только крошечный кусочек кожуры, соединяющий каждую половинку.
  • поместите это в микроволновую печь, и через несколько секунд на этой виноградине появится светлый шар, который кажется плазмой.

Просматривая google, чтобы понять, почему происходит это явление, я нашел либо лаконичные, либо частичные ответы на этот вопрос.

В общих чертах это то, что я понимаю:

  1. Микроволны, кажется, создают электрический ток в винограде из-за ионов.

    • Почему виноград содержит ионы?

  2. Внезапно крошечная связь между двумя половинками разрывается, что создает электрическую дугу.

    • Как эта ссылка битая?

  3. Параллельно виноград прогревается и из винограда выделяется газ

    • Из чего состоит этот газ? Вода? Сахар?

  4. Сочетание электрической дуги в этом газе создает плазму.

    • Что является необходимым условием для того, чтобы газ, пересекаемый электрической дугой, создавал плазму?

Это правильно?

Существуют ли какие-либо соответствующие параметры (частота микроволн, размер виноградины, ориентация виноградины), которые заставляют его работать?

Любое представление о порядке величины задействованной интенсивности, напряжения такой дуги, достигнутой температуры (я читал 3000 градусов!)?

Есть ли у кого-нибудь полное объяснение (ссылка на физический принцип приветствуется!)?

так как это появилось снова, я посмотрел видео (ы). Возможно ли, что алкоголь образуется под действием микроволнового излучения? Мне кажется, что «плазма» очень похожа на пары горящего спирта (я использую спирт, чтобы разжечь огонь в дровяной печи в загородном доме).
Вариация на тему. Если поместить углеродные волокна в микроволновку, они тут же сгорят. Если поместить их в вакуумную трубку, они светятся, как нить накала лампочки.

Ответы (5)

Кажется, вокруг эксперимента «виноград в микроволновке» существует много мифов. Я никогда не видел никаких публикаций на эту тему в респектабельном журнале, однако из разговоров с другими учеными, кажется, существует консенсус относительно того, что происходит.

Это все довольно скучно на самом деле. Виноградинка имеет правильный размер (около четверти длины волны) и форму, чтобы действовать как антенна, фокусирующая мощность в середине. Кожица, соединяющая половинки винограда, нагревается, испаряется и воспламеняется.

Если кто-то чувствует себя в экспериментальном настроении, некоторые очевидные тесты могут состоять в том, чтобы изменить размер и форму виноградины и посмотреть, повлияет ли это на пламя. Менее легко провести эксперимент в домашних условиях с азотной атмосферой, поскольку это должно предотвратить возгорание.

Вы хотите сказать, что это не плазма? это не про электрическую дугу, пересекающую газ?
Плазма означает большую популяцию свободных электронов и ионов, в отличие от пламени, которое просто имеет большую популяцию электронов в возбужденном состоянии. Они, безусловно, могут выглядеть одинаково, поскольку оба излучают свет. Я не верю, что микроволновая печь имеет достаточную мощность для создания плазмы при атмосферном давлении, поэтому то, что вы видите, скорее всего, это испаренные частицы, нагретые до раскаления (пламя).
Однако если поместить вакуумированный до низкого давления контейнер в микроволновую печь, можно возбудить плазменный разряд.
@JBE слово «плазма», как правило, используется довольно свободно. Насколько я понимаю, эксперимент с виноградом производит пламя, хотя я уверен, что в нем будут ионы, поэтому, возможно, вы бы описали его как плазму. Проведение эксперимента в азоте покажет, что это такое. Я погуглил для этого, но не могу найти отчета об эксперименте, проведенном в азоте или любом другом инертном газе. Я сомневаюсь, что пламя - это электрическая дуга, поскольку я не понимаю, как вы могли бы создать необходимую разность потенциалов.
«Плазма означает большую популяцию свободных электронов и ионов, в отличие от пламени, которое просто имеет большую популяцию электронов в возбужденном состоянии». Что такое «электроны в возбужденном состоянии»? Большинство пламен содержат много ионов!
@Georg - я не знаю, откуда взялась эта цитата, но я предполагаю, что «большая популяция электронов в возбужденном состоянии» означает большую популяцию атомов, чьи электроны были переведены в более высокое энергетическое состояние, но остаются связанными с атом. На самом деле в пламени, я думаю, только небольшое количество атомов достаточно возбуждено, чтобы излучать свет, поэтому я бы не стал использовать описание «большое население».
@Джон Ренни - я должен был оставить здесь свой комментарий. Когда я был студентом UCSD, C60 и углеродные нанотрубки были новинкой. Я помню, как люди играли с углеродными волокнами в микроволновке. Они горят на воздухе. В вакуумной трубке они просто нагреваются и светятся. Нет плазмы. Так что это подтверждает гипотезу пламени.

По состоянию на начало 2019 года была опубликована исследовательская работа, объясняющая это явление резонансом микроволн:

Х.К. Хаттак, П. Биануччи и А.Д. Слепков, "Связывание образования плазмы в винограде с микроволновыми резонансами водных димеров", Proc. Натл. акад. науч. США, том. 116, нет. 10, стр. 4000-4005, 5 марта 2019 г. DOI: 10.1073/pnas.1818350116

Привожу отрывок из его реферата:

Распространяя это явление на целые сферические димеры различных фруктов размером с виноградину и гидрогелевые шарики с водой, мы демонстрируем, что образование плазмы происходит из-за электромагнитных горячих точек, возникающих в результате совместного взаимодействия резонансов Ми в отдельных сферах. Большая диэлектрическая проницаемость воды на соответствующих гигагерцовых частотах может быть использована для формирования систем, имитирующих поверхностные плазмонные резонансы, которые обычно зарезервированы для наноразмерных металлических объектов. Кроме того, поглощающие свойства воды способствуют гомогенизации высокочастотных профилей и предпочтительному выбору концентрации затухающих полей, таких как осевая горячая точка.

И отрывок из его резюме:

[Мы] показали, что научно-популярный феномен образования плазмы из винограда в бытовой микроволновой печи объясняется поведением МДР. Виноград выступает в роли водяных сфер, которые из-за большого показателя преломления и малой поглощательной способности образуют негерметичные резонаторы на частоте 2,4 ГГц. Резонансы Ми в изолированных сферах когерентно складываются при объединении, так что водный димер демонстрирует интенсивную горячую точку в точке контакта, достаточную для ионизации полем доступных ионов натрия и калия, воспламеняя плазму.

Плазма — это состояние вещества, полностью состоящее из заряженных частиц или ионов. По этому определению пламя само по себе является плазмой, поскольку состоит из заряженных частиц. Это можно продемонстрировать, поместив пламя в однородное электрическое поле. Пламя изгибается в сторону в присутствии поля. Это также может быть связано с тем, что электрическое поле ионизирует некоторые составляющие пламени, в результате чего на него воздействует само электрическое поле. В любом случае пламя можно назвать своего рода «холодной плазмой». Если виноградина загорается, когда ее помещают в микроволновую печь, я не думаю, что люди ошибаются, называя ее плазмой по каким-либо стандартам. Что касается вашего вопроса, то у вас уже есть ответ.

Видео на YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=vCNNqgKqnaQ

Здесь довольно много вопросов:

1а) Потому что любой живой организм содержит ионы. (Ученый не может ответить на вопрос «почему», он отвечает на вопрос «как»).

1b) Судя по видео, это работает для любого размера винограда (можно попробовать дома). Микроволновая частота, используемая в духовке, соответствует частоте вращения молекулы воды.

2а)Молекулы воды поглощают микроволны и нагреваются. «Микроволновая печь работает, пропуская неионизирующее микроволновое излучение, обычно на частоте 2,45 гигагерца (ГГц) — длина волны 122 миллиметра (4,80 дюйма) — через пищу. Микроволновое излучение находится между обычными радио- и инфракрасными частотами. Вода, жир и другие вещества в пище поглощают энергию микроволн в процессе, называемом диэлектрическим нагревом.Многие молекулы (например, молекулы воды) являются электрическими диполями, что означает, что они имеют частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом. другой, и поэтому вращаются, поскольку они пытаются выровняться с переменным электрическим полем микроволн.Вращающиеся молекулы сталкиваются с другими молекулами и приводят их в движение, тем самым рассеивая энергию.Эта энергия,http://en.wikipedia.org/wiki/Микроволновая_печь

Это должно ослабить связь.

Дуга может быть до нескольких тысяч вольт.

3а) Газ, вероятно, в основном состоит из воды и некоторых биологических молекул.

3б) Электрическая дуга в газе есть плазма. Температура плазмы варьируется от тысячи градусов до нескольких миллионов. За эту температуру отвечает эффект Джоуля и микроволновый нагрев.

«Частота микроволн, используемая в духовке, соответствует частоте вращения молекулы воды. «Вращения молекул в конденсированных жидкостях нет!
@Georg: Вы были бы вдохновлены проверить свою физику. Вращательная спектроскопия сама по себе является областью. lsbu.ac.uk/water/vibrat.html
Тем не менее, это миф, что микроволновые печи работают на любой резонансной частоте воды.
очередной миф? . Ссылка на документ Попы, Адриана (23 декабря 1997 г.). «Re: Почему искрится виноград в микроволновке?». Сеть MadSci. Проверено 23 февраля 2006 г.

Обычно микроволны слишком слабы, чтобы нагреть что-либо до состояния плазмы. Однако, если вы обойдете инструкции производителя и включите микроволновую печь, в которой нет ничего, что могло бы поглощать энергию, плотность энергии микроволн будет намного выше, чем обычно.

Итак, причина, по которой вы разрезаете виноградину пополам, заключается в следующем:

«Теперь оказывается, что виноградины как раз подходящего размера, чтобы еще больше сфокусировать электрические поля в духовке. Две виноградины, расположенные близко, но не совсем соприкасаясь, создают между ними большое поле, иногда достаточное для образования плазмы».

источник: https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=818

да это я так понимаю.
Почему виноград в микроволновке выделяет плазму?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v