صبح زود است و توجه چشمان شما به بلغور جو دوسر فوری معطوف شده است. کاسه را در مایکروویو می گذارید، دکمه شروع را می زنید و ناگهان وحشت می کنید زیرا یک اجرای آتش بازی کوچک در آشپزخانه شما پخش می شود. بله، قاشق. قاشق را در کاسه گذاشته اید و فراموش کردید آن را بردارید!
در حالی که ممکن است در فیلم‌ها فکر کنید که این سناریوی الکتریکی می‌تواند منجر به یک انفجار آتشین شود، حقیقت این است که قرار دادن قاشق در مایکروویو لزوماً خطرناک نیست. اما چرا وقتی فلز در معرض یکی از معجزات فناوری اواسط قرن بیستم قرار می گیرد، دقیقاً جرقه تولید می کند؟
برای پاسخ به آن، ابتدا باید نحوه عملکرد مایکروویو را درک کنیم. اجاق کوچک به وسیله ای به نام مگنترون، یک لوله خلاء که از طریق آن یک میدان مغناطیسی جریان می یابد، متکی است. آرون اسلپکوف، فیزیکدان دانشگاه ترنت در انتاریو، به Live Science گفت: این دستگاه الکترون ها را به دور خود می چرخاند و امواج الکترومغناطیسی با فرکانس 2.5 گیگاهرتز (یا 2.5 میلیارد بار در ثانیه) تولید می کند.
او افزود، برای هر ماده، فرکانس‌های خاصی وجود دارد که نور را به‌خوبی جذب می‌کند، و 2.5 گیگاهرتز این فرکانس برای آب است. از آنجایی که بیشتر چیزهایی که می خوریم پر از آب هستند، آن غذاها انرژی را از امواج مایکروویو جذب کرده و گرم می شوند.
اسلپکوف گفت، جالب توجه است که 2.5 گیگاهرتز کارآمدترین فرکانس برای گرم کردن آب نیست. به این دلیل که شرکتی که مایکروویو را اختراع کرد، Raytheon، متوجه شد که فرکانس‌های بسیار کارآمد در کار خود بسیار خوب هستند. مولکول‌های آب در لایه بالایی چیزی مانند سوپ، تمام گرما را جذب می‌کنند، بنابراین تنها چند میلیونیم اینچ اول می‌جوشند و آب زیر سنگ را سرد می‌گذارند.
حالا در مورد آن فلز جرقه زن. اسلپکوف توضیح داد که وقتی امواج مایکروویو با یک ماده فلزی برهمکنش می‌کنند، الکترون‌های روی سطح ماده به اطراف می‌چرخند. اگر تمام فلز صاف باشد، هیچ مشکلی ایجاد نمی کند. اما در جایی که یک لبه وجود دارد، مانند قلاب های یک چنگال، بارها می توانند روی هم انباشته شوند و منجر به غلظت بالایی از ولتاژ شوند. اسلپکوف گفت: “اگر به اندازه کافی بالا باشد، می تواند یک الکترون را از یک مولکول در هوا جدا کند” و یک جرقه و یک مولکول یونیزه (یا باردار) ایجاد می کند.
او گفت که ذرات یونیزه شده امواج مایکروویو را حتی قوی‌تر از آب جذب می‌کنند، بنابراین هنگامی که جرقه‌ای ظاهر می‌شود، امواج مایکروویو بیشتری مکیده می‌شوند و مولکول‌های بیشتری را یونیزه می‌کنند تا جرقه مانند یک توپ آتش رشد کند.
معمولاً چنین رویدادی فقط در یک جسم فلزی با لبه های ناهموار رخ می دهد. به همین دلیل اسلپکوف گفت: «اگر فویل آلومینیومی بردارید و در یک دایره صاف قرار دهید، ممکن است اصلا جرقه نزند. اما اگر آن را به شکل یک توپ مچاله کنید، به سرعت جرقه خواهد زد.
فلزات تنها اشیایی نیستند که می توانند نمایش نوری در مایکروویو ایجاد کنند. ویدئوهای اینترنتی همچنین انگورهای نصف شده را نشان داده اند که جرقه های تماشایی پلاسما، گازی از ذرات باردار تولید می کنند. کارشناسان مختلف به دنبال توضیحی بودند که نشان می‌داد این توضیح با تجمع بار الکتریکی مانند یک فلز مرتبط است. اما اسلپکوف و همکارانش آزمایش های علمی انجام دادند تا به عمق این پدیده برسند.
او گفت: «آنچه ما پیدا کردیم بسیار پیچیده تر و جالب تر بود. محققان با پر کردن کره‌های هیدروژل – یک پلیمر سوپرجاذب که در پوشک‌های یکبار مصرف استفاده می‌شود – با آب دریافتند که هندسه مهم‌ترین عامل در ایجاد جرقه در اجسام انگور مانند است. اسلپکوف گفت که کره های به اندازه انگور به طور اتفاقی متمرکز کننده های عالی مایکروویو بودند.
او افزود که اندازه انگور باعث شد تشعشعات مایکروویو در داخل میوه های کوچک جمع شود و در نهایت انرژی کافی برای جدا کردن الکترون از سدیم یا پتاسیم در داخل انگور ایجاد شود و جرقه ای ایجاد شود که به پلاسما تبدیل شود.
این تیم آزمایش را با تخم بلدرچین – که تقریباً به اندازه انگور است – ابتدا با داخل طبیعی و زرده‌ای آنها و سپس با تخلیه مایعات تکرار کردند. تخم‌های پر از گوس نقاط داغ ایجاد کردند، در حالی که تخم‌های خالی این‌گونه نبودند، که نشان می‌دهد تقلید از منظره‌ای که جرقه‌های فلزی دارد، به یک محفظه آبکی و به اندازه انگور نیاز دارد.
