Ведущий научно-популярного канала Veritasium совместно с исследователем СТИВОМ БУСИЗИ (Steve Boosezie) из Сиднейского университета провели уникальный физический эксперимент в лабораторных условиях. Целью ученых стало повторение известного интернет-тренда по созданию настоящей плазмы в обычной микроволновой печи с помощью разрезанной виноградины. Этот опыт не только демонстрирует завораживающее зрелище, но и помогает наглядно объяснить природу четвертого состояния вещества.
🍇 Суть эксперимента с виноградом 0:01
Эксперимент проводился в стенах Сиднейского университета. Ведущий Veritasium решил проверить популярные в сети видеоролики, авторы которых получают плазму, используя обычный виноград и микроволновку.
Для проведения опыта исследователи взяли виноградину и разрезали её вдоль, оставив лишь крошечный перешеек из кожицы, соединяющий две половинки. Затем эту конструкцию поместили в самый центр микроволновой печи. На вопрос о безопасности эксперимента Стив Бусизи ответил, что не считает его опасным, однако подчеркнул, что они являются экспертами, поэтому зрителям следует соблюдать крайнюю осторожность при попытках повторить это дома. Сразу после включения прибора внутри камеры начали возникать яркие вспышки плазмы.
⚡ Что такое плазма и почему она светится? 1:02
С точки зрения физики, плазма представляет собой особое состояние вещества. Стив Бусизи объяснил, что если взять обычный газ и передать ему огромное количество энергии, он нагреется до критических температур. В результате этого процесса электроны начинают отрываться от молекул. Газ превращается в своеобразный «суп», состоящий из отрицательно заряженных электронов, которые свободно перемещаются среди положительно заряженных молекул воздуха.
Свечение плазмы обусловлено поведением элементарных частиц:
- При передаче энергии атомам и молекулам электроны начинают активно перемещаться и менять свои орбиты.
- Процессы постоянного возбуждения и перехода электронов на более низкие энергетические уровни вызывают излучение света.
- Некоторые компоненты внутри микроволновки нагреваются настолько сильно, что начинают светиться за счет инкандесценции — обычного теплового свечения раскаленных тел.
🛠️ Оптимизация процесса и первые открытия 1:52
В ходе серии тестов исследователи выявили несколько важных закономерностей, влияющих на стабильность формирования плазменных вспышек.
Основные выводы ученых:
- Предварительное осушение: наилучшие результаты были достигнуты, когда виноград предварительно протирали и подсушивали. Избыточное количество влаги приводило к выделению слишком большого объема пара, который попросту тушил образующуюся плазму.
- Модификация разреза: Стив Бусизи предложил полностью разрезать виноградину на две части, но сохранить свисающие лоскуты кожицы и положить их внахлест друг на друга.
Подобный метод позволил значительно уменьшить общий объем винограда. Использование меньших кусочков дало важные преимущества: снизился объем выделяемого пара, уменьшилась тепловая масса, а сам виноград стал поглощать меньше микроволновой энергии. Благодаря этому напряженность электромагнитного поля в месте контакта резко возросла, что привело к формированию мощного огненного шара из множественных очагов плазмы.
🦺 Поиск идеальной оболочки и риски для оборудования 2:44
Главной технической проблемой стало удержание плазмы. Исследователям требовалось изолировать её, чтобы, во-первых, не повредить саму микроволновую печь, а во-вторых — иметь возможность комфортно наблюдать за процессом.
Сначала физики попытались использовать стеклянный стакан, но столкнулись с неудачей. Стеклянная емкость поглощала слишком много микроволновой энергии, из-за чего внутри не удавалось достичь сверхвысоких полей, необходимых для ионизации воздуха.
Решением проблемы стал переход на пластиковый контейнер, который показал себя гораздо эффективнее. Однако интенсивное тепловое излучение плазмы привело к тому, что пластик расплавился сразу после завершения эксперимента. Несмотря на едкий запах горящей пластмассы и деформацию емкости, эксперимент завершился успешно, а на донышке оплавленного стакана даже проступил силуэт, напоминающий улыбающееся лицо.
🔬 Будущие исследования и создание искусственного винограда 4:13
Для детального научного понимания природы данного явления физикам необходимо полностью контролировать все переменные внутри объекта. По словам Стива Бусизи, контролировать химический состав и структуру природного винограда невозможно, так как ученые получают его «как есть».
В планах авторов для будущих серий Veritasium стоит создание полностью искусственного винограда. Они намерены использовать:
- Ватные шарики в качестве пористой основы.
- Проводящие жидкости с контролируемым составом (соленую воду или чистый виноградный сок) для точного изменения концентрации веществ.
- Заменители натуральной виноградной кожицы — по мнению исследователей, с этой ролью может справиться даже обычная влажная бумага.
Такой контролируемый подход позволит ученым поочередно исключать различные факторы и доподлинно установить физический механизм генерации плазмы в бытовых СВЧ-печах.
