Een doorgesneden druif levert in de magnetron flinke vonken op. Dit indrukwekkende huis-tuin-en-keukenproefje is al bijna twintig jaar oud, maar nu pas is er een wetenschappelijke verklaring voor.
YouTube staat er vol mee: filmpjes van druiven die in de magnetron verhit worden. Eerst snij je een druif bijna helemaal doormidden. De helften blijven alleen verbonden door een dun stukje schil. Dit leg je vervolgens in de magnetron en na een paar seconden zie je indrukwekkende vonken en stoom ontstaan. De kans is groot dat de binnenkant van je magnetron hierbij brandschade oploopt.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Afleidende vonken
Ondanks dat de druif-filmpjes miljoenen keren bekeken zijn, was er tot nu geen goede verklaring voor het fenomeen. Drie Canadese onderzoekers hebben daar verandering in gebracht. Ze zijn aan de slag gegaan met druiven, hydrogelballetjes (die bijna volledig uit water bestaan), (warmte)camera’s, computersimulaties en een magnetron.
De vonken bestaan uit gloeiend plasma, een wolk van losse elektronen en ionen (atomen of moleculen die een of meerdere elektronen missen). De onderzoekers schrijven dat de meeste mensen afgeleid raken door de vonken die ‘spannend en gedenkwaardig’ zijn. Maar eigenlijk is het vonkende plasma van ‘secundair belang’. Het gaat erom hoe dat plasma vanuit de druif ontstaat.
Passende golflengte
Dat heeft te maken met de golflengte van de microgolven van de magnetron en de grootte van de druiven. De golven die een magnetron opwekt om diepvriesmaaltijden (of een nietsvermoedende druif) te verwarmen, hebben een golflengte van 12 centimeter. Althans, als de golf door de lucht reist. Een druif bestaat grotendeels uit water. Wanneer en microgolf door water beweegt gaat hij ongeveer tien keer langzamer. Dat betekent dat de golflengte tien keer korter wordt, oftewel: 1,2 centimeter. En dat is toevallig ook ongeveer de grootte van een druif (meet maar na).
Dat betekent dat er precies één microgolf in de vrucht past. Als je een hele druif in de magnetron legt, raken de microgolven daarin ‘gevangen’: ze kaatsen heen en weer in de druif. Dit is vergelijkbaar met een blaasinstrument. Je blaast erop en de toon met de golflengte die precies in het instrument past, resoneert erin. Die toon wordt daardoor versterkt zodat je hem hoort.
Heet contactpunt
In één losse druif zorgt de resonantie ervoor dat de microgolfenergie in het midden gefocust wordt. Wanneer je twee verbonden helften tegen elkaar aan legt in de magnetron blijkt het contactpunt het focuspunt te worden. Dit toonden de onderzoekers aan met warmtebeelden. Doordat er veel energie samenkomt in dat ene punt worden de atomen en moleculen daar enorm verhit. De temperatuur loopt zo ver op dat ze hun elektronen niet meer bij zich kunnen houden. Daardoor ioniseren de atomen en moleculen en ontstaat er een gloeiend en vonkend plasma.
De onderzoekers lieten ook zien dat je voor dit effect geen druiven door hoeft te snijden. Als je er twee hele druiven of twee hydrogelballetjes ter grootte van druiven tegen elkaar aanlegt, wordt het punt waar ze elkaar raken ook zo heet dat er een vonkend plasma ontstaat. In theorie onstaan er dus ook vonken bij kruisbessen, die ongeveer hetzelfde formaat hebben als druiven.
De toepassing van dit onderzoek is breder dan fruit in de magnetron. De onderzoekers hebben een algemene manier ontwikkeld om te berekenen hoe straling gefocust wordt. Door de golflengte te variëren zouden bijvoorbeeld pierpkleine nanodeeltjes heel precies verhit kunnen worden. Dat is een toepassing waar bijvoorbeeld chipfabrikanten in geïnteresseerd zijn.