Опыт известен по сотням видеороликов в интернете. Виноградину режут почти пополам, оставляют тонкую перемычку из кожицы и включают печь. Через несколько секунд между половинками вспыхивает светящийся шарик, раздается треск. Физики объяснили явление только в 2019 году, и оно отличается от того, что показывают в роликах.
Версия про антенну
Долгое время считалось, что кожица работает как провод. Микроволны наводят в ней ток, он упирается в узкое место, и там проскакивает искра. Версия звучала правдоподобно и переходила от ролика к ролику.
Проверила ее группа канадских физиков: Хамза Хаттак, Пабло Бианучи и Аарон Слепков из университетов Трент, Конкордия и Макмастера. Слепков изучал этот вопрос с 2013 года, а впервые увидел опыт будучи еще студентом. В статье 2019 года они показали, что перемычка не нужна. Плазма появлялась и у целых ягод, и у гелевых шариков без всякой кожицы. Достаточно было зазора до трех миллиметров, касаться друг друга им необязательно. Первые итоги этой работы мы разбирали и раньше.
Для проверки ученые взяли тепловизионную камеру и построили компьютерную модель. Разрез в роликах, судя по результатам, нужен лишь затем, чтобы получить две половинки рядом, а кожица удерживает их в нужном положении.
Ловушка для волн
Виноград почти целиком состоит из воды, а вода заметно замедляет микроволны. Длина волны в печи около 12 сантиметров, внутри ягоды она заметно короче. По оценке авторов, она становится сопоставимой с размером самой ягоды, и виноградина превращается в резонатор. Резонатор — это устройство, в котором волна многократно отражается и накапливает энергию. Тепловизор показал, что одиночный виноград нагревается изнутри — в центре.
Когда две ягоды оказываются рядом, их резонансы складываются, и энергия концентрируется в крошечной области между ними. Размер этой точки около одной сотой длины волны, то есть порядка миллиметра. Именно там тепловизор фиксировал самые высокие температуры.
Обычно волну не удается собрать в пятно заметно меньше ее собственной длины. Здесь пятно получилось примерно в 100 раз меньше, и на этом основан весь эффект: энергия двух ягод сходится в очень маленькой точке.
Откуда плазма
Плазмой называют газ, у которого атомы потеряли часть электронов. Он светится и нагревается. В зазоре между ягодами поле становится достаточно сильным, чтобы вырвать заряды из соли в соке. В соке растворены ионы натрия и калия — заряженные частицы. По данным авторов, они ионизируются и воспламеняют плазму над ягодами.
Плазму хорошо видно через окошко печи. Для розжига не нужны ни металл, ни специальные добавки: только вода, соли из сока и небольшой зазор.
Поправка 2021 года
Объяснение с резонансом тоже оказалось неполным. В 2021 году группа физика Кво Рэя Чу опубликовала в Physics of Plasmas работу с другим объяснением. Ученые взяли два гелевых шарика радиусом 7 миллиметров и поместили их в поле частотой 27 мегагерц. Частота в 90 раз меньше, чем в микроволновке, и резонанс в паре шариков при такой частоте невозможен. Искры все равно появились.
Как распределяется электрическое и магнитное поле между двумя водяными шариками при разном зазоре. Модель объясняет, почему плазма возникает именно в узкой зоне между ними.По версии этой группы, искру вызывает электрический эффект в зазоре. Поле смещает электроны внутри молекул воды, на соседних сторонах зазора копятся заряды противоположного знака, и они усиливают друг друга. Расчеты и опыты показали рост поля в зазоре от 100 до 1000 раз.
Обе версии сходятся в главном. Ягоды надо поставить рядом, и узкий зазор между двумя водяными телами концентрирует поле до силы, которая пробивает воздух.
Риск для печи
Исследователи предупреждают, что опыт повторять не стоит. По их данным, повторные эксперименты со временем повредили магнетрон, то есть генератор микроволн, а разряд способен вызвать пожар. Печь рассчитана на то, что микроволны поглотит еда, а волновод и магнетрон от брызг прикрывает слюдяная пластина. Постоянный разряд внутри камеры в такой расчет не заложен.
Виноград здесь лишь удобный шарик с водой: подходят и другие плоды похожего размера, и гелевые шарики. Причина вспышки — в узком зазоре между двумя такими шариками.
Ранее мы рассказывали, зачем микроволновка и Wi-Fi используют одну частоту 2,4 ГГц.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
