¿Por qué las uvas en un horno de microondas producen plasma?

Parece haber mucha mitología sobre el experimento de la "uva en un microondas". Nunca he visto ninguna publicación sobre el tema en una revista respetable, sin embargo, al hablar con otros científicos, parece haber un consenso sobre lo que sucede.

Es todo bastante aburrido realmente. La uva tiene el tamaño adecuado (alrededor de un cuarto de longitud de onda) y la forma para actuar como una antena que enfoca el poder en el medio. La piel que une las mitades de la uva se calienta, se vaporiza y estalla en llamas.

Si alguien se siente con ganas de experimentar, algunas pruebas obvias de esto serían cambiar el tamaño y la forma de la uva, y ver si eso afecta la llama. Menos fácil de hacer en casa sería probar el experimento con una atmósfera de nitrógeno, ya que eso debería evitar la combustión.

A principios de 2019, se publicó un artículo de investigación para explicar este fenómeno debido a la resonancia de las microondas:

HK Khattak, P. Bianucci y AD Slepkov, "Vinculando la formación de plasma en las uvas a las resonancias de microondas de los dímeros acuosos", Proc. nacional Academia ciencia Estados Unidos, vol. 116, núm. 10, págs. 4000-4005, 5 de marzo de 2019. DOI: 10.1073/pnas.1818350116

Aquí cito un extracto de su resumen:

Al expandir este fenómeno a dímeros esféricos completos de varias perlas de agua de hidrogel y frutas del tamaño de una uva, demostramos que la formación de plasma se debe a puntos de acceso electromagnéticos que surgen de la interacción cooperativa de las resonancias de Mie en las esferas individuales. La gran constante dieléctrica del agua en las frecuencias de gigahercios relevantes se puede utilizar para formar sistemas que imitan las resonancias de plasmones superficiales que normalmente se reservan para objetos metálicos a nanoescala. Además, las propiedades de absorción del agua actúan para homogeneizar los perfiles de modo superior y para seleccionar preferentemente concentraciones de campo evanescente, como el punto de acceso axial.

Y un extracto de su resumen:

[Hemos] demostrado que el fenómeno de la ciencia popular de formar plasma con uvas en un horno de microondas doméstico se explica por el comportamiento de MDR. Las uvas actúan como esferas de agua que, debido a su gran índice de refracción y pequeña capacidad de absorción, forman resonadores con fugas a 2,4 GHz. Las resonancias de Mie en esferas aisladas se suman coherentemente cuando se unen, de modo que el dímero acuoso muestra un punto de acceso intenso en el punto de contacto que es suficiente para ionizar en el campo los iones de sodio y potasio disponibles, encendiendo un plasma.

El plasma es un estado de la materia que se compone enteramente de partículas cargadas o iones. Según esta definición, una llama es un plasma en sí mismo porque consiste en partículas cargadas. Esto se puede demostrar colocando una llama en un campo eléctrico uniforme. La llama se dobla hacia un lado en presencia de un campo. También puede deberse al hecho de que un campo eléctrico ioniza algunos componentes de la llama, lo que hace que se vea afectada por el propio campo eléctrico. En cualquier caso, no está mal llamar a una llama una especie de "plasma frío". Si una uva estalla en llamas cuando se pone en el microondas, no creo que la gente se equivoque al llamarla plasma bajo ningún concepto. En cuanto a tu pregunta, ya tienes tu respuesta.

Vídeo de Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=vCNNqgKqnaQ

Hay bastantes preguntas aquí:

1a) Porque todo organismo vivo contiene iones. (Los científicos no pueden responder a la pregunta "por qué", responden a la pregunta "cómo").

1b) Por el video, parece estar funcionando para cualquier tamaño de uva (puedes probar en casa). La frecuencia de microondas utilizada en el horno es la frecuencia de rotación de la molécula de agua.

2a)Las moléculas de agua absorben las microondas y se calientan. "Un horno de microondas funciona haciendo pasar radiación de microondas no ionizante, por lo general a una frecuencia de 2,45 gigahercios (GHz), una longitud de onda de 122 milímetros (4,80 pulgadas), a través de los alimentos. La radiación de microondas se encuentra entre las frecuencias comunes de radio e infrarrojas. Agua, la grasa y otras sustancias en los alimentos absorben energía de las microondas en un proceso llamado calentamiento dieléctrico.Muchas moléculas (como las del agua) son dipolos eléctricos, lo que significa que tienen una carga positiva parcial en un extremo y una carga negativa parcial en el otro. el otro, y por lo tanto giran mientras tratan de alinearse con el campo eléctrico alterno de las microondas. Las moléculas en rotación chocan con otras moléculas y las ponen en movimiento, dispersando así la energía. Esta energía,http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_oven

Eso debe debilitar el vínculo.

El arco puede ser de hasta unos pocos miles de voltios.

3a) El gas es probablemente principalmente agua más algunas moléculas biológicas.

3b) Un arco eléctrico a través de un gas es un plasma. La temperatura del plasma varía de mil grados a varios millones. El efecto Joule y el calentamiento por microondas son los responsables de esta temperatura.

Por lo general, las microondas son demasiado débiles para calentar cualquier cosa a un estado de plasma. Sin embargo, si omite las instrucciones del fabricante y enciende el microondas sin nada que absorba energía, la densidad de energía del microondas será mucho más alta de lo normal.

Ahora, la razón por la que cortaste la uva por la mitad es:

"Ahora resulta que las uvas tienen el tamaño justo para enfocar aún más los campos eléctricos en el horno. Dos uvas colocadas cerca pero sin tocarse producirán un gran campo entre ellas, a veces suficiente para hacer un plasma".

fuente: https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=818