神奇的“微波葡萄”现象背后，它的原理是什么？ _等离子体

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【神奇的“微波葡萄”现象背后，它的原理是什么？】

20多年来，微波葡萄一直是一种流行的技巧，可以在你自己的家中制作壮观的等离子表演，正如互联网上报道的那样，诀窍是：

吃一颗葡萄
把它非常整齐地切成两半
除了留下连接半球的“葡萄皮”薄桥
放入微波炉（不带旋转托盘）
然后坐下来看火花飞舞！

许多人认为，火花只是由导电引起的：微波与葡萄相互作用，在两个半球之间产生电位差，当电位变得足够大时，电流就会流动。当电流流过葡萄皮时，由于葡萄皮的电阻，它会加热它，结果，电子从它们的原子核中脱离出来，产生明显的等离子体效应。
▲当葡萄几乎被完美地切成两半，但葡萄皮的薄桥连接它们时，进入微波炉会引起火花飞扬，沿着桥产生等离子体。尽管几十年来一直是客厅里常见的伎俩，但对这种现象的科学调查直到2018年才开始。
科学的魅力就在于充满了不确定性。每当我们提出任何假设时，我们首先要做的第一件事就是测试。换句话说，当我们对事物如何运作有了一个想法时，我们首先要将这个想法付诸实践。
在这种情况下，假设葡萄需要分裂，以便两个半球几乎完全切断，但不是完全切断。需要有一层薄膜，一层是固体，但缺乏连接两个半球的葡萄内部含水层的导电性。
我们可以执行的最简单的测试来看看情况是否如此，就是取两个完全分开的葡萄并重复实验。我们不是将一颗葡萄整齐地几乎完美地劈成两半，而是将两个不同的葡萄放在一起，非常接近，以至于它们几乎但不完全接触。如果导电是起作用的机制，就不会有火花、等离子体和电荷交换。
▲两颗完整的葡萄放在非常靠近的地方并用微波炉加热时，会开始在两颗葡萄之间的空间产生火花并产生等离子体。
显然，当我们进行这个实验时，我们可以看到我们假设的缺陷，即电传导是两个葡萄之间火花背后的机制。我们还可以看到，葡萄皮不是这个过程的重要组成部分，实验的两个“侧面”之间的物理连接是不必要的，并且必须有其他一些机制起作用才能解释我们所观察到的。
2019年，由三名科学家组成的团队——哈姆扎·哈塔克、巴勃罗·比安努奇和亚伦·斯莱普科夫联合发表了一篇论文，声称“共振”是导致葡萄火光四溅的罪魁祸首。葡萄本身表现为共振腔，即使微波本身的波长大约是葡萄物理尺寸的10倍，这些微波产生的电磁场也会集中在葡萄内部。
作者随后推测，这种共振最终会在葡萄本身上产生“热点” ，特别是在两个葡萄之间的交界处。通过将热成像与计算机模拟相结合，他们相信他们解释了这个长期存在的家庭难题。
▲无论是与皮桥相连的葡萄半球（A）、两颗整颗葡萄（B）还是两颗无皮水凝胶珠（C）之间，等离子体火花不仅存在，而且反映了负责产生等离子体的钾离子和钠离子。
他们得出结论的关键来自热成像研究。无论是使用两颗葡萄还是一对葡萄大小的水凝胶，他们都会在用微波炉加热这些物体时将热测量红外摄像机对准这些物体。如果微波均匀加热内部材料，葡萄和/或水凝胶的温度就会均匀升高。
只有当发生某种不均匀加热时，物体在上面形成一个或多个“热点” ，以上结论就不成立了。后一种情况，即热点的发展，正是研究人员观察到的，特别是在两个物体之间的交界处，无论他们使用由细桥连接的两个半球、两个去皮的葡萄还是两个水凝胶球，都会出现相同的现象：加热主要发生在这两个物体相互接触的位置。