物理課從沒教過你!如何利用廚房裡的微波爐造出 「等離子體」

你是否還曾記得,每一門高中物理課程的重點,幾乎都是講解以氣體、液體和固體形式的物質的基本狀態,因為,這些狀態很容易研究和操作。然而,大多數人對物質的第四種狀態卻不太熟悉,因為它並非自由地存在於我們的地球上。

這正如本文標題中所提及的“等離子體”,它是一種從原子中剝離出電子的氣體。太陽是離子和電子的混合體,宇宙太空中的大部分空間都充滿了等離子體。但在地球上,等離子體往往是迅速發生,就像我們經常看見的閃電。

物理課從沒教過你!如何利用廚房裡的微波爐造出 “等離子體”

在過去的100年裡,科學家們已經開始利用這種形式的物質來創造光,並以改變其表面性質的方式與材料相互作用。比如,我們現實世界中常見的霓虹燈就是等離子體。

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由於等離子體通常很難製造和控制,所以它們通常只會在工業機械或專業實驗室中出現。但是現在,有一種更簡單的製造和控制等離子體的方法,那就是在普通廚房的微波爐中製造等離子體。這也算是一項新發現,這個技術為新一代實驗這種特殊形式的物質開闢了道路,說不準還能開發出其他新的應用,以便讓我們的生活更加美好!

大家關心的肯定是,到底如何利用家用微波爐來製造等離子體。在解釋它的原理之前,我們先普及一下相關知識,便於各位理解。

製造等離子體的通常方法是利用強大的電場來分解分子。這就產生了離子,然後電場加速,導致它們撞擊其他分子。這些碰撞又使得電子離開原子,然後產生更多的離子。在適當的情況下,這一過程觸發級聯反應,導致整個氣體被電離。

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現在,科學家們已經研究出如何在普通家用的廚房微波爐中做到這一點,同時還使用了一個廉價的玻璃燒瓶,能夠保持真空以及密封的狀態。

一般情況下,廚房中家用的微波產生的電磁輻射波長約為12釐米,它會影響一端帶正電荷、另一端帶負電荷的極性分子,而水是極性分子的一個很好的例子。當交變場發生變化時,水分子試圖與場保持一致。這種旋轉使它們撞上其他分子,從而提高了它們的溫度。

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但是,如果分子的密度很低,它們就不會撞上其他分子,因此就不能耗散這些額外的能量。在這種情況下,交變場導致水分子旋轉得更快,最終分離。

以上就是形成等離子體的過程。

現在,你可以從一個燒瓶中抽出部分空氣創造一個低壓,低壓氣體主要由氮和氧組成,其中不可避免地會保留一些水分子。然後,將燒瓶放入微波爐中,打開微波爐後,微波將燒瓶中的水分子分離並加速它們。如果壓強足夠低,就會獲得足夠的動能來把電子從氮分子上分離下來,然後級聯就開始了。這就產生了一種等離子體,同時還會發出柔和的藍光。

不過,只有幾秒鐘的時間。很快,這一過程開始分離氧原子,此時產生了紫色的光。所以,等離子體是會變色。

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事實已經證明,這對於在專業實驗室之外不可能完成的事情已經實現了。這是一項很有趣的實驗,不僅可以在任何實驗室進行,也可以在任何廚房進行。說不準,以後還會出現在高中的物理課程中。

“等離子體”從來都不是容易創造或利用的,但現在,你可以在自己的廚房裡試試了。


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