Det er tidligt om morgenen, og din bleary-eyed opmærksomhed har vendt sig til en hjælp til øjeblikkelig havregryn. Du sætter skålen i mikrobølgeovnen, trykker på startknappen og pludselig får panik, når en mini-fyrværkeri ydeevne slukkes i dit køkken. Skeden - du har glemt skeen i skålen!
Mens film måske har du til at tro, at dette elektriske scenarie kan føre til en fyrig eksplosion, er sandheden, at det ikke nødvendigvis er farligt at placere en ske i mikrobølgeovnen. Men hvorfor præcist frembringer metal gnister, når de udsættes for et af miraklerne i midten af det 20. århundredes teknologi?
For at svare på det skal vi først forstå, hvordan en mikrobølgeovn fungerer. Den lille ovn er afhængig af en enhed kaldet en magnetron, et vakuumrør, gennem hvilket et magnetfelt får strømning. Enheden spinder elektroner rundt og producerer elektromagnetiske bølger med en frekvens på 2,5 gigahertz (eller 2,5 milliarder gange i sekundet), fortæller Aaron Slepkov, en fysiker ved Trent University i Ontario, til Live Science.
For hvert materiale er der bestemte frekvenser, hvor det absorberer lys særlig godt, tilføjede han, og 2,5 gigahertz er tilfældigvis denne frekvens for vand. Da de fleste ting, vi spiser, er fyldt med vand, optager disse fødevarer energi fra mikrobølgerne og opvarmes.
Interessant nok er 2,5 gigahertz ikke den mest effektive hyppighed til opvarmning af vand, sagde Slepkov. Det skyldes, at firmaet, der opfandt mikrobølgeovnen, Raytheon, bemærkede, at de meget effektive frekvenser var for gode til deres job, bemærkede han. Vandmolekyler i det øverste lag af noget som suppe ville absorbere al varmen, så kun de første par milliondele af en tomme kogte og efterlader vandet under sten koldt.
Nu, om det gnistrende metal. Når mikrobølger interagerer med et metallisk materiale, bliver elektronerne på materialets overflade skåret rundt, forklarede Slepkov. Dette medfører ingen problemer, hvis metallet er glat overalt. Men hvor der er en kant, ligesom ved en gaffel, kan ladningerne hoper sig op og resultere i en høj spændingskoncentration.
"Hvis det er højt nok, kan det rive et elektron fra et molekyle i luften," skaber en gnist og et ioniseret (eller ladet) molekyle, sagde Slepkov.
Ioniserede partikler absorberer mikrobølger endnu stærkere end vand gør, så når en gnist vises, vil flere mikrobølger blive suget ind og ionisere endnu flere molekyler, så gnisten vokser som en ildkugle, sagde han.
Normalt kan en sådan begivenhed kun forekomme i en metalgenstand med ru kanter. Derfor "hvis du tager aluminiumsfolie og lægger den i en flad cirkel, kan det muligvis ikke gnist overhovedet," sagde Slepkov. "Men hvis du krøller den ned i en kugle, gnister den hurtigt."
Selvom disse gnister har potentialet til at skade mikrobølgeovnen, skal enhver mad være helt fin at spise bagefter (bare i tilfælde af at du virkelig glemte den ske i din havregryn), ifølge en artikel fra Mental Floss.
Brændende druer
Metaller er ikke de eneste objekter, der kan generere et lysshow i en mikrobølgeovn. Virale internetvideoer har også vist halverede druer, der producerer spektakulære gnister af plasma, en gas med ladede partikler.
Forskellige sleuths havde søgt efter en forklaring, hvilket antydede, at det havde at gøre med en ophobning af elektrisk ladning som i et metal. Men Slepkov og hans kolleger gennemførte videnskabelige tests for at komme til bunden af fænomenet.
”Hvad vi fandt var meget mere kompliceret og interessant,” sagde han.
Ved at fylde hydrogelkugler - en superabsorberende polymer anvendt i engangsbleer - med vand lærte forskerne, at geometri var den vigtigste faktor i frembringelse af gnister i druelignende genstande. Kugler i druestørrelse var tilfældigvis specielt fremragende koncentratorer af mikrobølger, sagde Slepkov.
Druernes størrelse fik mikrobølgestrålingen til at samle sig inde i de små frugter, hvilket til sidst resulterede i nok energi til at rippe et elektron fra natrium eller kalium inde i druen, tilføjede han og skabte en gnist, der voksede ud til et plasma.
Holdet gentog eksperimentet med vagtelæg - som har omtrent samme størrelse som druer - først med deres naturlige, æggeagtige interiør og derefter med væsken drænet ud. De goo-fyldte æg frembragte hotspots, mens de tomme ikke gjorde det, hvilket indikerede, at efterligning af det metalliske gnisterspektakel krævede et vandigt, druestørrelse kammer.
