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千万不要把两颗葡萄放进微波炉,真的可能会爆炸?专家解释了答案

时间:2023-05-18 06:43:02 | 浏览:405

微波炉加热下,两个半块葡萄之间产生的“火花”和两颗葡萄之间产生的“火花”实际上都是等离子体。等离子体其实是指一种物质状态,我们常见的物质有三种状态:气态、液态和固态,而等离子体实际上并不属于这三态,而是一种物质的高能状态,和气体类似,没有固

微波炉加热下,两个半块葡萄之间产生的“火花”和两颗葡萄之间产生的“火花”实际上都是等离子体。等离子体其实是指一种物质状态,我们常见的物质有三种状态:气态、液态和固态,而等离子体实际上并不属于这三态,而是一种物质的高能状态,和气体类似,没有固定的体积和形状。造成等离子体出现的原因是原子中的电子获得了足够多的能量,摆脱了原子核的束缚,于是物质就呈现出了离子化气体的状态。常见的等离子体有闪电、极光等等。

那么问题来了,为什么微波炉加热一颗葡萄不会这样,而加热两颗或者两个半颗就会出现这样的状态?

为何会出现等离子体?

这个奇怪的现象一直以来都让科学家们很困扰,并不了解其中的原理。后来,来自于加拿大特伦特大学的哈姆扎·哈塔克(Hamza K. Khattak)、亚伦·斯莱普科夫(Aaron D. Slepkov)以及来自于加拿大康考迪亚大学的巴勃罗·比努奇(Pablo Bianucci)三位研究员把这个现象研究明白了,并在学术期刊《PNAS》发表了论文。那他们是如何解释这个问题的呢?

要了解问题,我们首先要搞清楚微波炉的加热原理。从微波炉的名字,我们不难猜出,微波炉其实就是利用“微波”来加热食物的,一般采用的频率是2.45GHz的微波。可能很多人看到这里会有疑问:到底什么是微波?

话说在物理学界有三座大山,牛顿的力学,麦克斯韦的电磁学和爱因斯坦的相对论。麦克斯韦曾经统一了电和磁,预言电磁波的存在,且光是一种电磁波

电磁波看不见,摸不着,所以对于人而言,电磁波虚无缥缈。但事实上,电磁波真实存在,而且无处不在。科学家发现,凡是高于绝对零度(零下273.15度)的物体都会向外辐射电磁波。就拿人来说,体温大概是36-37度之间,也会向外辐射电磁波。

我们肉眼看不到,是因为电磁波实际上是一个大家族,只有可见光波段是可以被人眼看到的,而其他的波段不行,而人体辐射的属于红外波段,所以肉眼看不到。

微波也是电磁波家族中的一份子,肉眼也看不到,但它确实存在。而电磁波有两个重要的物理参数:频率波长,两者的乘积是光速,是一个常数。

微波炉所使用的的微波频率是2.45GHz,对应的波长大概是12.24厘米。也就是说,这种微波在空气中传播时,波长是12.24厘米,不过当它穿过葡萄时,情况就不太一样了。这是因为葡萄对于微波的折射率要远大于空气,两者的差异大概是十倍左右,也就是说,微波穿过葡萄时,微波的波长是1.2厘米左右,这个数值与一个葡萄的宽度是差不多的。

要知道,当物体的大小和波长差不多相同时,微波就很容易被困在葡萄当中,发生全内反射,来自于各种方向的微波在葡萄内部就会形成共振模式,可以把它看成是驻波,这就类似于电磁场在葡萄当中震荡,其中磁场强度最大的部位就是葡萄的中心,中心的位置温度也最高。

如果此时再放一颗葡萄,并且让两者保持距离,两者是不会相互作用的,同时它们都是中心的温度最高。如果当把两个葡萄贴在一起后,我们其实可以看成是两个电磁场相互作用,此时电磁场强度最大的地方发生了变化,处在了接触点的位置上。

在接触点的位置上,产生了最大的震荡电磁场,这里的温度也就是最高的。而把葡萄切成两半,保留着果皮连接在一起,此时的效果其实也就类似于两颗葡萄贴在一起,都是连接处的电磁场最强,温度最高。

只要电磁场的强度足够高,能量密度足够高,就会使得连接处位置的物质发生电离,并成为等离子体,同时产生“火花”。

实际上,并不只是葡萄,换成其他的球状物,大小与葡萄相近,也可以获得同样的效果。科学家把葡萄换成是差不多大小的水球,也得到了类似的现象。

不仅如此,他们通过研究还发现,葡萄中发光元素是钠元素和钾元素,而水球中的发光元素是钠元素,这是因为水球中含有氯化钠。

这个研究有什么意义?

这个看起来“很冷”的知识,也并不是颠覆人们的三观,它实际上对未来技术的发展也提供了一定的指导意义。我们都知道,芯片的制作需要用到光刻机,光刻机的原理就是光刻技术。利用光刻技术来制作芯片时,越是制程微小的芯片,越难制作。

这主要也是因为光本身就有波长的。而根据这个论文,给其他研究光刻技术的科学家提供了一个全新的思路。当12厘米波长的电磁波被困在两个球状物体当中,只要把两个物体挨在一起,电磁波就可以被聚焦在两个物体的接触点,大小缩小为1毫米。未来如果要制作制程更小的芯片,实际上就需要把光的波长缩小,而这个研究,就指明了一个把光聚焦的方向。

#光刻机##葡萄##微波炉#

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