Ottobre 21, 2021

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uvetta flambé al microonde | per informazioni

Un esperimento popolare su YouTube consiste nel mettere un’uva a metà in un forno a microonde, i due emisferi ancora attaccati a un piccolo pezzo di pelle, che viene conservato durante l’affettatura. Quando il forno è acceso, tra le due metà compaiono delle fiamme. Qual è la ragione di questo?

La maggior parte delle interpretazioni sostiene che gli emisferi dell’uva agiscano come antenne e che l’intensa corrente elettrica che circola nella buccia sia all’origine del plasma, il mezzo gassoso caldo e ionizzato formato tra le due parti del frutto. Recenti esperimenti di tre fisici in Canada (vedi referenze), Si scopre che non è così: il plasma è causato dalla presenza di un forte campo elettromagnetico nel punto di contatto tra le due metà del chicco, che vaporizza la sostanza e ionizza gli atomi di sodio e potassio contenuti nella polpa dell’uva .

Riscaldamento disomogeneo

Per comprendere meglio questo fenomeno, iniziamo con il seguente esperimento. Mettiamo le belle patate crude nel microonde per una ventina di secondi. Queste patate vengono poi tagliate a metà e si osserva la temperatura interna con una termocamera. cosa vediamo? Il riscaldamento è molto eterogeneo, i due punti più caldi si trovano nel cuore della patata e sono separati da circa 2 cm. Poiché il riscaldamento della carne è causato dall’assorbimento di microonde, è proporzionale all’intensità del campo elettromagnetico nel luogo studiato: ciò significa che il campo di microonde ha la stessa disomogeneità di intensità della temperatura.

© Bruno Vaccaro, da un’immagine all’infrarosso di Jean-Michel Corti

Perché il campo è così eterogeneo all’interno di una patata? Potrebbe essere dovuto all’onda stazionaria formata dal campo elettromagnetico nel forno che ha l’effetto di riscaldare il cibo in modo diverso a seconda di dove si trova? La risposta è no, per diversi motivi.

Innanzitutto, la patata viene posta su un disco rotante e quindi si muove attraverso i nodi (micro) e le pance (massimo) dell’onda stazionaria nel campo delle microonde. Quindi subisce in media un riscaldamento uniforme.

Quindi, la separazione delle due accordature è dell’ordine della metà della lunghezza d’onda del campo a microonde, cioè 6,5 cm (la frequenza delle microonde è 2,45 GHz); È molto più di 2 cm che separa la temperatura massima osservata.

Infine, le microonde vengono gradualmente assorbite dalla penetrazione degli alimenti: l’intensità diminuisce di circa due terzi per ogni centimetro attraversato in frutta e verdura. Non dovremmo osservare un massimo di riscaldamento non nel nucleo ma in superficie, poiché il campo non è stato ancora indebolito dall’assorbimento?

riflessioni interiori

Quindi dobbiamo cercare un’altra spiegazione. Se assimiliamo la patata in un ellissoide di rivoluzione, sembra che il campo si sia concentrato nei fuochi di questo ellissoide. Questo indica che le microonde si sono rotte male quando sono entrate nelle patate. Per vedere se è davvero così, dobbiamo interessarci all'”indicatore ottico” della carne di patata, cioè al rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la sua velocità nel tubero.

Le patate sono composte principalmente da acqua: tuttavia, a 2,45 GHz, l’indice dell’acqua è ampio e pari a 8,9 (paragonabile a 1,5, l’indice di vetro della luce visibile). Di conseguenza, la rifrazione delle microonde è già forte quando attraversa l’interfaccia aria-patata e, una volta all’interno del tubero, è difficile che esca. Quindi, all’interno di una patata, qualsiasi onda che raggiunge l’interfaccia con una caduta maggiore di 6,5° (rispetto alla perpendicolare all’interfaccia) subirà una riflessione totale. Anche a bassi incidenti, una gran parte dell’onda viene riflessa (in un incidente perpendicolare all’interfaccia viene riflessa circa il 63% dell’energia).

Ciò significa che l’onda che è penetrata nella patata e vi si è propagata può essere riflessa molte volte all’interfaccia con l’aria. Certo, sarà attenuato dall’assorbimento e dalle parti sospese nell’aria negli stati bassi, ma ciò nonostante rimane parzialmente intrappolato: la patata forma quindi in relazione al campo elettromagnetico una sorta di cavità dove quest’ultimo può formare un’onda stazionaria. Anche se questa cavità ha un alto tasso di attenuazione, può mostrare risonanza, cioè i modi d’onda presentano il massimo e il minimo osservati, che la termocamera può visualizzare a causa del riscaldamento associato.

Area ben focalizzata

Per garantire queste idee si può eseguire l’esperimento in maniera più controllata utilizzando una pallina di poliacrilato di sodio (sostanza superassorbente) gonfiata con acqua, il vantaggio è che si può scegliere il diametro della sfera e calcolare la densità interamente dall’interno e al di fuori del campo elettromagnetico.

Dopo aver riscaldato la palla nel microonde e averla tagliata a metà, c’è un punto caldo nel mezzo. Ciò conferma che il campo a microonde non solo passa attraverso il tallone, ma è concentrato lì. Il marmo, qualunque sia la sua dimensione, è il sito di “Echo Mi”, dal nome del fisico tedesco Gustav Mie che, all’inizio del xxNS secolo, ha studiato in dettaglio le risonanze all’interno delle sfere. I calcoli mostrano che il massimo di questa risonanza si trova al centro della sfera. Inoltre, ricordano la presenza di un’“onda effimera” nell’aria, al di fuori della sfera: si tratta di un campo di ampiezza insignificante che fuoriesce dal corpo, che non si può rilevare riscaldandosi, ma gioca un ruolo decisivo nel seguito.

Ora pensiamo a due palline identiche che aggiungiamo gradualmente. Quando la differenza tra loro è maggiore del loro diametro, la struttura della sfera in entrambe le sfere rimane invariata o quasi invariata. All’esterno, invece, l’onda effimera si stringe sull’asse che collega le due sfere. A distanze più brevi, la struttura del campo finisce con un profondo cambiamento: quando le due sfere si avvicinano molto (da 0,5 millimetri a 16 millimetri di diametro), la maggior parte dell’energia si vede concentrata nello spazio tra le sfere e non più nei loro centri , il che è molto sorprendente!

Temperatura di densità di potenza a microonde dell'uva

© Da H. K. Khattak, P. Bianucci e A. D. Slepkov, PNAS, vol. 116 (10), pag. 4000-4005, 2019

Una misura tipica della variazione di intensità nelle onde stazionarie composte da onde in movimento è generalmente dell’ordine della lunghezza d’onda della radiazione. Questo è ciò che abbiamo osservato all’interno delle patate. D’altra parte, nel mondo delle onde effimere, non c’è limite: l’energia può essere concentrata in regioni di dimensioni molto più piccole della lunghezza d’onda.

Con la creatina che si avvicina così tanto, abbiamo un ottimo esempio. Lo spessore della regione in cui è confinato il campo è cento volte inferiore alla lunghezza d’onda di quest’ultima, e il suo diametro è circa venti volte inferiore. L’intensità del campo elettromagnetico in questa posizione sarebbe quindi così elevata che il materiale presente verrebbe riscaldato fino all’evaporazione. Nel caso dell’esperimento con l’uva, lo spettro della luce emessa indica che gli atomi di sodio e potassio nella polpa dell’uva sono ionizzati e costituiscono il famoso plasma.

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