Можно ли виноград греть в микроволновке

Обновлено: 04.05.2024

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.

Можете ли вы поверить, что только в феврале 2019 года ученые разобрались, почему виноград в микроволновке превращается в плазму?

Ролики на ютьюбе с этим захватывающим зрелищем можно было наблюдать годами, а рационального объяснения этим красивым вспышкам не было (только гипотезы).

В связи с открытием, мы решили как следует разобраться в теме и ответить на главные вопросы простым и доступным языком.

1. Как создать плазму из винограда в микроволновке?

Этот трюк повторяют миллионы людей по всему миру. Но чтобы все прошло 100% успешно и безопасно, следуйте инструкции:

Положите на стеклянный поддон СВЧ-печи две виноградины рядом, чтобы они соприкасались.

Или разрежьте одну большую виноградину пополам, оставив между ними кожуру, соединяющую половинки.

Накройте на всякий случай виноградины прозрачным стаканом, чтобы видеть происходящее, а искрам не дать попасть на стенки микроволновой печи.

Включите печь на несколько секунд.

Не пугайтесь, виноградины будут искрить и выбрасывать яркие огненные всполохи — это и есть плазма.

2. Что удалось выяснить ученым?

Раскрыть тайну с помощью экспериментов (и большого количества высокоскоростных камер) смогли канадские ученые физико-астрономического факультета Университета Трент в Питерборо с коллегами из Университета Конкордия в Монреале. Их статья с описанием исследования была опубликована в журнале PNAS.

Во-первых, оказалось, что электричество тут ни при чем. (До этого было принято связывать это явление именно с электричеством).

Во-вторых, стало ясно, что волшебство обеспечивают:

сферическая форма ягод;

наличие в их составе воды;

а также небольшого количества натрия и калия.

Например, физики смогли добиться того же эффекта с двумя прозрачными гидрогелевыми шариками, на 99% состоящими из воды. Ученые вводили в них небольшое количество натрий-хлорного раствора, и они искрили и полыхали так же эффектно. Вот так:

Вот для сравнения виноград:

3 Что будет, если положить в микроволновку одну виноградину?

Любые предметы круглой формы, содержащие жидкость внутри, как бы запирают в себе электромагнитные волны, которые излучает микроволновая печь. Поэтому энергия (или тепло) начинает появляться в них не по краям (как это происходит с продуктами других форм), а в середине.

У виноградины по центру создается горячее ядро, которое постепенно разрастается. Если положить в СВЧ-печь только одну ягоду, она, скорее всего, лопнет и растечется, а вас ждет пар и горячий виноградный сок на тарелке.

4 Так в чем же секрет? Почему виноград в микроволновке превращается в плазму?

Если положить две виноградины так, чтобы они касались друг друга, энергетическое ядро образуется у них одно на двоих — в точке соприкосновения. И оно получается куда более мощным и горячим, чем в одной виноградине.

Это хорошо видно на инфракрасном снимке, обозначенным буквой H.

Таким образом, в этой точке концентрируется достаточно энергии, чтобы ионизировать натрий и калий, содержащийся в виноградинах, и эта ионизация вызывает те самые вспышки плазмы.

5 Как использовать эти знания?

Помимо того, что теперь можно не только показывать друзьям фокус с виноградом, но еще и умничать, рассказывая им, что это такое и почему так получается, есть и более интересное применение данному открытию.

Ученые предполагают, что исследование можно использовать в конструировании различных микроволновых антенн. Разобравшись до конца, как фокусируется энергия входящих волн, можно будет обнаруживать в том числе очень слабые сигналы.

6 Я все равно ничего не понял! Что делать?

Если вы знаете английский, посмотрите понятный и доходчивый ролик на эту тему.

А даже если не знаете, все равно посмотрите ради зрелищных кадров!

Кстати, знаете ли вы, что будет, если поднести к глазу пылесос? Отбрасываем мифы, оставляем факты!

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!

Что происходит при разогреве виноградины в микроволновке

Как выяснилось, плазма образуется и из целых виноградин, и из их половинок.

Если поместить их в микроволновку и включить её, то из точки соприкосновения виноградин можно увидеть взлетающее светящееся поле, в котором легко опознать плазму.

Совсем недавно группа учёных всё-таки разгадала этот феномен и подтвердила — это действительно плазма. Чтобы разобраться в этом эффекте, давайте познакомимся (или освежим в памяти) с несколькими терминами:

плазма — это одно из агрегатных состояний вещества. Из школьного курса физики вы можете помнить твёрдые тела, жидкости и газы. Так вот, плазма — четвёртое агрегатное состояние. Оно состоит из заряженных частиц — свободных электронов и положительных и отрицательных ионов. Обычно плазму получают путём нагрева газа до нужной температуры (проведите аналогию — нагревая твёрдое тело, мы можем получить жидкость, а далее — газ);
частота электромагнитного излучения. Сейчас нам достаточно знать, что обычная бытовая микроволновка работает в среднем на частоте 2,45 ГГц. Это соответствует длине волны около 12 см;
показатель преломления волны. Чем выше это значение, тем сильнее укорачивается волна, находясь внутри объекта.

Объяснение, которое смогли получить учёные, распространяется не только на виноградины, но и на гелевые полимерные шарики и другие объекты, обладающие достаточно высоким показателем преломления в микроволновом спектре. Например, у виноградин этот коэффициент приблизительно равен 10. Так что если длина волны в пустой микроволновке составляет около 12 см, то внутри виноградины (предмета с высоким показателем преломления) её длина сокращается примерно до 1,2 см. Это значение приближённо равно длине самой виноградины.

Если же мы положим рядом с ней ещё одну виноградинку, но без соприкосновения, то ничего нового мы не увидим. Две виноградины будут разогреваться из центра, но плазма не появится. В микроволновке будут находиться два электромагнитных поля со своими максимумами, расположенными в центрах виноградин.

Совсем другая картина нас ждёт, если мы начнём сближать виноградинки. Если расстояние между ними станет меньше длины волны внутри объекта (то есть меньше длины виноградины), то поля начнут как бы притягиваться друг к другу, а их центры — смещаться к краю. Если же ягоды соприкоснутся, то максимум электромагнитного поля сдвинется в точку соприкосновения.

Получившееся совмещённое электрическое поле достаточно сильно — оно создаёт искры, ионизирует воздух, а затем приводит к появлению плазмы.

На снимках отчётливо видно, как электромагнитные поля и точки максимального нагрева смещаются при перемещении виноградин

Видео: как получить плазму из виноградин в микроволновке

Как оказалось, появление плазмы в микроволновке объясняется смещением максимумов электромагнитных полей. И всё же проводить этот эксперимент дома нужно с осторожностью — всё-таки он сопряжён с пожарной опасностью.

Читайте также: