Tại sao kim loại bắn ra tia lửa trong lò vi sóng?

Sáng sớm, bạn thức dậy với đôi mắt lờ đờ ngái ngủ và chỉ chăm chăm đi tìm phần bột yến mạch ăn liền để ăn sáng.

Bạn đặt bát yến mạch vào lò vi sóng, nhấn nút khởi động và đột nhiên hoảng loạn khi màn trình diễn pháo hoa mini xuất hiện trong nhà bếp của bạn. Cái thìa – bạn quên nó trong bát!

Vui lòng không thử tại nhà

Mặc dù trong các bộ phim mà bạn vẫn thường xem, những cảnh tóe lửa điện như thế này sẽ dẫn đến một vụ nổ dữ dội nhưng sự thật là việc đặt một chiếc thìa vào lò vi sóng không hề nguy hiểm. Vậy tại sao kim loại lại tạo ra tia lửa khi chịu tác động từ một trong những phát minh thần kỳ của công nghệ giữa thế kỷ 20?

Để trả lời điều đó, trước tiên chúng ta cần hiểu lò vi sóng hoạt động như thế nào. Aaron Slepkov, nhà vật lý tại Đại học Trent ở Ontario nói “Lò nướng vi sóng nhỏ hoạt động dựa vào một thiết bị từ tính, một ống chân không qua đó từ trường được tạo ra và truyền đi. Thiết bị quay các electron xung quanh và tạo ra sóng điện từ với tần số 2,5 gigahertz (hay 2,5 tỷ lần mỗi giây),”

Ông cũng cho biết thêm rằng mỗi vật liệu đều có một tần số cụ thể mà tại đó, nó hấp thụ ánh sáng đặc biệt tốt. Trong trường hợp là nước, tần số là 2,5 gigahertz. Vì hầu hết những thứ chúng ta ăn đều chứa đầy nước, những thực phẩm đó sẽ hấp thụ năng lượng từ lò vi sóng và nóng lên.

Sự thật thú vị là 2,5 gigahertz không phải là tần số hiệu quả nhất để làm ấm nước. Đó là bởi vì công ty đã sáng chế ra lò vi sóng, Raytheon, nhận thấy rằng các tần số hiệu quả cao đều có thể làm tốt việc này. Các phân tử nước ở lớp trên cùng của những thứ như súp sẽ hấp thụ tất cả nhiệt, vì vậy chỉ vài phần triệu inch bên trên sẽ sôi còn chỗ nước còn lại bên dưới lạnh như đá.

Bây giờ, chúng ta sẽ nói đến kim loại phát ra tia lửa. Slepkov giải thích rằng khi sóng vi ba tương tác với vật liệu kim loại, các electron trên bề mặt vật liệu bị tác động mạnh xung quanh. Điều này không gây ra bất kỳ vấn đề gì nếu kim loại có bề mặt trơn láng. Nhưng với những kim loại có cạnh, giống như ở các cây dĩa, các điện tích có thể chồng chất và dẫn đến tích tụ điện áp cao.

“Nếu nó đủ cao, nó có thể tách electron khỏi một phân tử trong không khí, tạo ra tia lửa và phân tử ion hóa (hoặc tích điện)”, Slepkov nói.

Các hạt ion hóa này hấp thụ sóng vi ba thậm chí còn mạnh hơn nước, vì vậy một khi tia lửa xuất hiện, nhiều sóng vi ba sẽ bị hút vào, ion hóa nhiều phân tử hơn nữa khiến tia lửa phát triển như một quả cầu lửa.

Thông thường, hiện tượng này chỉ xảy ra ở các vật kim loại có cạnh thô nhám. Đó là lý do tại sao “nếu bạn lấy lá nhôm và đặt nó trong một vòng tròn phẳng, nó không thể phát ra tia lửa. Nhưng nếu bạn vò nó thành một quả bóng, nó sẽ phát ra tia lửa ngay.”

Mặc dù những tia lửa này có khả năng gây hại cho lò vi sóng nhưng đồ ăn sẽ không bị ảnh hưởng gì cả (trừ trường hợp bạn thực sự quên thìa trong bột yến mạch).

Nho bốc lửa

Kim loại không phải là vật thể duy nhất có thể tạo ra tia lửa trong lò vi sóng. Có rất nhiều video thịnh hành trên mạng quay cảnh một nửa quả nho tạo ra tia lửa plasma ngoạn mục, Plasma là một loại khí của các hạt tích điện.

Nhiều giả thuyết gia đã cố gắng tìm kiếm một lời giải thích, chứng minh rằng nó chắc hẳn phải liên quan tới sự tích tụ điện tích như ở kim loại. Nhưng Slepkov và các đồng nghiệp đã tiến hành các thử nghiệm khoa học để đi đến tận cùng của hiện tượng.

“Những gì chúng tôi tìm thấy phức tạp và thú vị hơn nhiều”, ông nói.

Bằng cách lấp đầy các quả cầu hydrogel – một loại polymer siêu hấp thụ được sử dụng trong tã dùng một lần – với nước, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng hình học là yếu tố quan trọng nhất trong việc tạo ra tia lửa trong các vật thể giống như nho. Các quả cầu có kích thước bằng nho tình cờ là nơi tập trung đặc biệt tuyệt vời của sóng vi ba.

Kích thước của quả nho đã khiến bức xạ vi sóng tích lũy bên trong những quả nho, cuối cùng tạo ra đủ năng lượng để tách electron từ natri hoặc kali bên trong quả nho, tạo ra tia lửa phát triển thành plasma.

Nhóm nghiên cứu đã lặp lại thí nghiệm với trứng chim cút – có kích thước gần giống như quả nho – ban đầu là với trứng chim cút còn nguyên lòng và sau đó là trứng chim cút đã được tách lòng ra khỏi vỏ. Những quả trứng chứa đầy chất nhờn đã tạo ra các điểm nóng trong khi những quả trứng trống không tạo ra phản ứng gì cả. Điều này cho thấy để có thể tạo ra phản ứng lấp lánh tương tự kim loại, ta cần một buồng chứa nước, kích thước bằng quả nho.

Hoài Anh

Theo Live Science