포도로 플라즈마 만들기

전자렌지에 돌리는게 금기시 되는게 몇가지 있다(알류미늄 호일, 달걀, 플라스틱 용기 등). 근데 포도는 돌리면 

안된다는 얘기는 없어보니 한번 돌려보도록 하자 :0

보다시피 두 포도알 사이에서 스파크가 튀면서 플라즈마가 나오는걸 볼 수 있다.

일단 플라즈마가 뭔지 알아보자

우리는 보통 과학시간에 기체, 액체, 고체라는 3가지의 물질 상태를 배운다. 하지만 플라즈마라는 하나의 물질 상태가 더 존재 한다.

플라즈마 상태는 강력한 전기장 혹은 열원으로 가열되어 기체상태를 뛰어넘어 전자, 중성입자, 이온 등 입자들로 나누어진 상태이다.

전자가 열을 받아 원자에게서 자유로워지면 되기 때문에 어떤 원소든 플라즈마화가 가능하다.

이 복잡한 플라즈마를 포도알과 전자렌지로 만들수 있다!

자 이제 어떻게 플라즈마가 포도알로 부터 생성되는지 분석해보자

보통적인 가정 전자렌지는 파장이 12cm정도 되는 마이크로파를 발생시켜 물질의 분자를 진동시켜 데우는 원리이다.

이때 파장이 물질의 크기와 비슷한 크기이면 흥미로운 현상이 발생하게 된다. 

평균적으로 포도알은 1.2cm정도이지만, 파동은 매체마다 다른 속도를 가지게 되기 때문에

이 경우 포도알의 index of refraction이 거의 10이여서 파동이 포도알에서 10배 느리게 움직인다.

그러므로 포도알 안에서 파장은 포도알에 크기와 비슷하게 된다(12/10=1.2).

만약 포도알 하나만 전자렌지에 돌린다면 마이크로파는 포도알에 갇히게 된다. 

포도알의 파동 굴절률이 상대적으로 높고, 아까 말했던 파장과 포도알에 크기가 같기 때문이다.

포도알 안에 갇힌 마이크로파가 이리저리 튕기면서 결국

포도알을 안쪽부터 가열하게 된다.

일반적으로 죽같은 것을 전자렌지에 돌리게 되면 밖에는 따뜻하고 안에는 차갑게 되는데 이 경우에는 안쪽부터 뜨거워진다!!

이때 포도알 두개를 접촉 시켜서 돌리게 되면 이 중앙이 포도알들의 접촉면이 된다.

마이크로파가 포도알들의 접촉면을 가열시키는 모습

마이크로파가 포도알에서 계속 튕기기 때문에 포도알 중앙에 가장 쎈 전자기장이 형성된다

두개를 접촉 시켰을시에는 접촉면에 가장 쎈 전자기장이 형성된다

영상에 나온듯이 두개가 접촉된 상태로 전자렌지가 가동되면 스파크(대기의 파괴)가 나오게 되는데 이게

의미하는것은 전자기장이 스파크를 만드는 대기를 이온화 할만큼 쎄다는 것이다.

결국 나중에는 에너지를 더 받기 위해 이온화 된 대기가 플라즈마화 된다는 것이다.

(Electric field are strong enough that they ionize the air creating those sparks and that is what leads to the plasma it creates those ions which can then receive more energy from the microwaves)

플라즈마가 내뿜는 빛의 스펙트럼을 분석한 결과

이때 만들어진 플라즈마는 포도의 원소인 나트륨과 칼륨이 플라즈마화한 것으로 나타났다.

그래서 이게 왜 연구 논문으로 출판 될만큼 중요한 것일까??

얼핏보기에는 포도알이 전자렌지에 돌려 졌을때 신기한 현상을 보인다라고 하고 끝낼수도 있지만

플라즈마가 우주선 발사에 쓰이는 이온 엔진의 원리이기도 하고 이 연구논문의 저자인 Pablo Bianucci에

 따르면 이번 연구 결과가 마이크로칩을 더 작게 만들수 있다고 주장한다.

참고문헌

Khattak, Hamza K., et al. “Linking Plasma Formation in Grapes to Microwave Resonances of Aqueous Dimers.” PNAS, National Academy of Sciences, 14 Feb. 2019, www.pnas.org/content/early/2019/02/13/1818350116.

Veritasium, director. YouTube. YouTube, YouTube, 18 Feb. 2019, www.youtube.com/watch?v=wCrtk-pyP0I How Microwaving Grapes Makes Plasma