Het is vroeg in de ochtend en je wazige aandacht is veranderd in een portie havermout. Je zet de kom in de magnetron, drukt op de startknop en raakt ineens in paniek als een mini-vuurwerkvoorstelling afgaat in je keuken. De lepel - je bent de lepel in de kom vergeten!
Hoewel films je misschien doen geloven dat dit elektrische scenario tot een vurige explosie kan leiden, is de waarheid dat het plaatsen van een lepel in de magnetron niet per se gevaarlijk is. Maar waarom produceert metaal precies vonken wanneer het wordt onderworpen aan een van de wonderen van de technologie van het midden van de 20e eeuw?
Om dat te beantwoorden, moeten we eerst begrijpen hoe een magnetron werkt. De kleine oven is afhankelijk van een apparaat dat een magnetron wordt genoemd, een vacuümbuis waar een magnetisch veld doorheen stroomt. Het apparaat draait elektronen rond en produceert elektromagnetische golven met een frequentie van 2,5 gigahertz (of 2,5 miljard keer per seconde), vertelde Aaron Slepkov, een natuurkundige aan de Trent University in Ontario, aan WordsSideKick.com.
Voor elk materiaal zijn er bepaalde frequenties waarbij het licht bijzonder goed absorbeert, voegde hij eraan toe, en 2,5 gigahertz is toevallig deze frequentie voor water. Aangezien de meeste dingen die we eten gevuld zijn met water, zullen die voedingsmiddelen energie uit de microgolven opnemen en opwarmen.
Interessant is dat 2,5 gigahertz niet de meest efficiënte frequentie is om water op te warmen, zei Slepkov. Dat komt omdat het bedrijf dat de magnetron heeft uitgevonden, Raytheon, merkte dat de zeer efficiënte frequenties te goed waren in hun werk, merkte hij op. Watermoleculen in de bovenste laag van zoiets als soep zouden alle warmte absorberen, dus alleen de eerste paar miljoensten van een centimeter zouden koken en het water onder steenkoud achterlaten.
Nu, over dat vonkende metaal. Wanneer microgolven interageren met een metallisch materiaal, raken de elektronen op het oppervlak van het materiaal klotterend, legde Slepkov uit. Dit geeft geen problemen als het metaal overal glad is. Maar waar een rand is, zoals bij de tanden van een vork, kunnen de ladingen zich opstapelen en resulteren in een hoge spanningsconcentratie.
'Als het hoog genoeg is, kan het een elektron van een molecuul in de lucht scheuren', wat een vonk en een geïoniseerd (of geladen) molecuul creëert, zei Slepkov.
Geïoniseerde deeltjes absorberen microgolven nog sterker dan water, dus zodra er een vonk verschijnt, zullen er meer microgolven worden aangezogen, waardoor nog meer moleculen worden geïoniseerd, zodat de vonk groeit als een vuurbal, zei hij.
Meestal kan zo'n gebeurtenis alleen plaatsvinden in een metalen object met ruwe randen. Dat is waarom 'als je aluminiumfolie neemt en het in een platte cirkel plaatst, het misschien helemaal niet vonk', zei Slepkov. 'Maar als je het in een bal verfrommelt, zal het snel vonken.'
Hoewel deze vonken de magnetron kunnen beschadigen, zou elk voedsel daarna prima moeten kunnen eten (voor het geval je die lepel in je havermout echt bent vergeten), volgens een artikel van Mental Floss.
Vurige druiven
Metalen zijn niet de enige objecten die in een magnetron een lichtshow kunnen genereren. Virale internetvideo's hebben ook gehalveerde druiven laten zien die spectaculaire plasma-vonken produceren, een gas van geladen deeltjes.
Verschillende speurneuzen hadden naar een verklaring gezocht, wat suggereerde dat het te maken had met een opeenhoping van elektrische lading zoals in een metaal. Maar Slepkov en zijn collega's voerden wetenschappelijke tests uit om het fenomeen te achterhalen.
'Wat we vonden was veel ingewikkelder en interessanter', zei hij.
Door hydrogelbolletjes - een superabsorberend polymeer dat wordt gebruikt in wegwerpluiers - te vullen met water, leerden de onderzoekers dat geometrie de belangrijkste factor was bij het genereren van vonken in druiveachtige objecten. Druifvormige bollen waren toevallig bijzonder uitstekende concentratoren van magnetrons, zei Slepkov.
De grootte van de druiven zorgde ervoor dat de microgolfstraling in de kleine vruchtjes opkwam, wat uiteindelijk resulteerde in voldoende energie om een elektron uit natrium of kalium in de druif te scheuren, voegde hij eraan toe, waardoor een vonk ontstond die uitgroeide tot een plasma.
Het team herhaalde het experiment met kwarteleitjes - die ongeveer even groot zijn als druiven - eerst met hun natuurlijke, dooierige interieur en daarna met de vloeistof eruit gelekt. De met goo gevulde eieren genereerden hotspots, terwijl de lege dat niet deden, wat erop wees dat het nabootsen van het metaal-vonkende spektakel een waterige, druivengrootte kamer vereiste.
