Μετάφραση: Θοδωρής Πιερράτος (Theodoros Pierratos).
Η Halina Stanley παρουσιάζει μερικά εντυπωσιακά πειράματα με τη χρήση μικροκυμάτων.
Όπως μπορείτε επίσης να διαβάσετε σε αυτό το τεύχος του Science in School (Stanley, 2009), Ισραηλινοί επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει μικροκύματα για να δημιουργήσουν τρύπες μέσα σε γυαλιά και κεραμικά αλλά και να παράγουν μπάλες πλάσματος. Οι φούρνοι μικροκυμάτων είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τους εκπαιδευτικούς όπως και για τους επιστήμονες. Εδώ παρουσιάζεται μια συλλογή από διασκεδαστικά πειράματα μικροκυμάτων που είναι κατάλληλα για να γίνουν μέσα στην τάξη.
χορηγία του Tyler Boyes /
iStockphoto
Χρησιμοποιώντας έναν φούρνο μικροκυμάτων μπορείτε να δημιουργήσετε μπάλες πλάσματοςw1 στο σχολείο από νανοσωματίδια αιθάλης. Ο Δρ Chris Schrempp ο οποίος διδάσκει σε ένα Λύκειο της Καλιφόρνια το κάνει στην τάξη του εδώ και καιρό. Λέει, «Πρόκειται για μια επίδειξη η οποία προκαλεί πάντοτε μεγάλη εντύπωση σε μαθητές κάθε επιπέδου. Μολονότι ο ιδιοκτήτης του φούρνου μικροκυμάτων, εάν είναι παρών, θα είναι είναι απόλυτα σίγουρος ότι αποκλείεται να λειτουργεί μετά την επίδειξη, παραδόξως δεν παθαίνει τίποτα.»
Το πλάσμα σχηματίζεται συνήθως σε περίπου 10 δευτερόλεπτα. Ο Schrempp λέει, «Θα κάνει έναν τρομακτικό θόρυβο, λες και το εσωτερικό του φούρνου τηγανίζεται.» Εάν σε αυτό το σημείο δεν έχει σχηματιστεί μια μπάλα πλάσματος, σταματήστε το φούρνο, ανάψτε ξανά το ξυλαράκι και ξεκινήστε ξανά.
Ο φούρνος θα πρέπει να λειτουργήσει το πολύ για περίπου 20-30 δευτερόλεπτα διαφορετικά μπορεί το γυάλινο μπολ να υπερθερμανθεί και να σπάσει. Βεβαιωθείτε ότι δεν θα αφήσετε την οδοντογλυφίδα να καεί μέχρι κάτω και να βάλει φωτιά στο φελλό.
Ο φούρνος θα πρέπει να λειτουργήσει το πολύ για περίπου 20-30 δευτερόλεπτα διαφορετικά μπορεί το γυάλινο μπολ να υπερθερμανθεί και να σπάσει. Βεβαιωθείτε ότι δεν θα αφήσετε την οδοντογλυφίδα να καεί μέχρι κάτω και να βάλει φωτιά στο φελλό.
Το αναποδογυρισμένο γυάλινο μπολ χρησιμοποιείται για την αποθήκευση του πλάσματος ώστε αυτό να μπορεί να φαίνεται εύκολα μέσα από το παράθυρο. Η επίδειξη μπορεί να γίνει και χωρίς το μπολ, αλλά τότε η πύρινη μπάλα θα ανέλθει στο πάνω μέρος του φούρνου οπότε θα πρέπει να σκύψετε και να κοιτάξετε ψηλά μέσα από το παράθυρο για να τη δείτε.
Η μόνη αρνητική συνέπεια της επίδειξης είναι μια μυρωδιά καμένου μέσα στο φούρνο. Ο Schrempp λέει ότι ποτέ δεν του έτυχε να υποστεί κάποια σημαντική ζημιά ο φούρνος, απλά μερικά σημάδια καπνού, αλλά προτείνει, σε κάθε περίπτωση, να χρησιμοποιηθεί κάποιος παλιότερος φούρνος.
Τη συγκεκριμένη επίδειξη του Schrempp καθώς και άλλα εντυπωσιακά πειράματα μπορείτε να τα δείτε στο δικτυακό τόπο του Explosciencew2.
Μπάλες πλάσματος μπορούν επίσης να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας σταφύλια, όπως περιγράφεται στο ηλεκτρονικό βιβλίο του Schrempp Βροντές, Αστραπές και Εκρήξεις – Ένας εικονογραφημένος οδηγός πειραμάτων χημείαςw3:
Μπορείτε να βρείτε ένα βίντεο με το πλάσμα σταφυλιού στο διαδίκτυοw4.
Ένα κομμάτι σαπούνι, όταν τοποθετηθεί σε φούρνο μικροκυμάτων, ο οποίος λειτουργεί σε πλήρη ισχύ για ένα περίπου λεπτό, εξελίσσεται σε παράξενη ηφαιστειακή λάβα, ή σε κάτι που μοιάζει με τρομακτικό μύκητα. Η αλλαγή του σχήματός του οφείλεται σε μικροσκοπικές ποσότητες νερού μέσα στο σαπούνι οι οποίες εξατμίζονται, ή σε εγκλωβισμένο αέρα μέσα στο σαπούνι που διαστέλλεται καθώς ζεσταίνεται.
Η διαδικασία αυτή μπορεί να αφήσει μία έντονη μυρωδιά στο φούρνο (και στην τάξη), έτσι προσπαθήστε να χρησιμοποιήσετε μη αρωματικά σαπούνια, ενώ αποφύγετε να χρησιμοποιήσετε φούρνο στον οποίο ετοιμάζετε φαγητό.
Η επίδειξη αυτή έχει το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι ο καθηγητής μπορεί να αφήσει το χρησιμοποιημένο σαπούνι στο παρασκευαστήριο του εργαστηρίου προβληματίζοντας τους συναδέλφους, ή οι μαθητές μπορούν να το πάρουν σπίτι τους αναστατώνοντας τα μέλη της οικογένειάς τους.
Αυτό αλλά και άλλα πειράματα μπορούν να βρεθούν στο δικτυακό τόπο physics.orgw5.
Αν οι επιδείξεις είναι ενδιαφέρουσες, οι εκρήξεις είναι αξέχαστες. Τα παιδιά μου δεν θα με αφήσουν να ξεχάσω τη νύχτα που το βραστό αυγό του γιού μου είχε ένα μάλλον νερουλό ασπράδι και είπα, «λίγα δευτερόλεπτα στο φούρνο μικροκυμάτων θα είναι ό,τι πρέπει»! Ένα αυγό κότας, ακόμη και κομμένο στο πάνω μέρος, θα εκραγεί μεγαλοπρεπώς όταν ζεσταθεί σε φούρνο μικροκυμάτων. Μπορείτε να το δοκιμάσετε σε κάποιο μάθημα, φτάνει να είστε προετοιμασμένοι ότι θα χρειαστεί να καθαρίσετε το εσωτερικό του φούρνου αμέσως μετά!
Στο τηλεοπτικό πρόγραμμα Brainiac Science Abuse, οδήγησαν αυτό το πείραμα στα όριά του χρησιμοποιώντας ένα αυγό στρουθοκαμήλου. Αυτό είναι ένα πείραμα που δεν θα θέλατε να κάνετε (ή δεν θα μπορούσατε) υπάρχουν ωστόσο πολλές εκδοχές του στο YouTubew6. Έχω σοβαρές υπόνοιες ότι το πείραμα ήταν κατά κάποιο τρόπο στημένο, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το βίντεο για να ξυπνήσετε οποιαδήποτε τάξη.
χορηγία του Murat Giray Kaya
/ iStockphoto
Μία ακόμη κλασική επίδειξη είναι να βάλετε μια λάμπα σε έναν φούρνο μικροκυμάτων. Μία λάμπα πυρακτώσεως (καινούργια ή καμένη) θα ανάψει όταν ακτινοβοληθεί με μικροκύματα, εφόσον το γυάλινο περίβλημά της είναι άθικτο. Ανάλογα με το είδος της λάμπας μπορείτε να πάρετε διάφορα χρώματα. Θυμηθείτε ότι η λάμπα θα θερμανθεί πολύ γρήγορα: 10 δευτερόλεπτα είναι ίσως αρκετά προτού την αφήσετε να κρυώσει ξανά.
Λάμπες φθορισμού θα ανάψουν επίσης και το φαινόμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελέγξετε τυχόν διαρροή μικροκυμάτων γύρω από τις πόρτες των φούρνων μικροκυμάτων. Θέστε σε λειτουργία το φούρνο μικροκυμάτων και κρατήστε μία λάμπα φθορισμού κοντά στα όρια της πόρτας του φούρνου. Εάν ο φούρνος έχει διαρροή θα ανάψει την λάμπα. (Σβήστε τα φώτα στο δωμάτιο ώστε να μπορείτε να δείτε τη λάμψη.) Η μέθοδος λειτουργεί καλύτερα εάν ο φούρνος είναι κενός, αλλά εάν ελέγχετε έναν παλιότερο φούρνο (κατασκευασμένο πριν το 1980), ίσως θα θέλατε να εισάγετε ένα ποτήρι νερό. Ας σημειωθεί ότι η μέθοδος θα ανιχνεύσει μόνο τις μεγαλύτερες διαρροές.
Αυτό και άλλα γεγονότα, μύθοι και πειράματα σχετικά με τους φούρνους μικροκυμάτων έχουν συλλεχθεί στο δικτυακό τόπο του William Beatyw7.
Οι ‘καθαρά επιστήμονες’ Chris Smith και Dave Ansell περιγράφουν μία πολύ όμορφη επίδειξη που χρησιμοποιεί στάσιμα κύματα για τον υπολογισμό της ταχύτητας φωτός των μικροκυμάτων στο βιβλίο τους Crisp Packet Fireworks και στο δικτυακό τους τόποw8, όπου θα βρείτε επίσης περισσότερα για τα μικροκύματα αλλά κι άλλα πειράματα.
Έχοντας διδαχθεί τα δύσκολα ιστορικά πειράματα για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, οι μαθητές θεωρούν σπουδαίο το να χρησιμοποιήσουν αυτή την εύκολη μέθοδο. Το μόνο μειονέκτημα αυτής της επίδειξης είναι μία μάλλον έντονη μυρωδιά τοστ. Αυτό το πείραμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης για να ενδυναμώσει την ιδέα ότι όλα τα κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.
Ένας φούρνος μικροκυμάτων παράγει κύματα στη μία πλευρά του, αυτά ανακλώνται στην απέναντι πλευρά και επιστρέφουν εκεί από όπου ξεκίνησαν. Τα ανακλώμενα κύματα θα συναντήσουν τα αρχικά κύματα, ακυρώνοντας το ένα το άλλο σε κάποια σημεία ενώ θα ενισχυθούν σε κάποια άλλα: τα κύματα αναπηδούν στον φούρνο, συμβάλλουν μεταξύ τους και δημιουργούν ένα στάσιμο κύμα με θέσεις μέγιστου πλάτους (κοιλίες) όπου θα υπάρξει ισχυρή θέρμανση, και θέσεις με το πλάτος να τείνει στο μηδέν (δεσμοί) όπου η θέρμανση θα είναι ελάχιστη. Η απόσταση μεταξύ δύο θερμών σημείων είναι ίση με το μισό του μήκους κύματος – την απόσταση από τη μία κοιλία στην αμέσως επόμενη. Σε αυτά τα θερμά σημεία η μαργαρίνη θα λιώσει πρώτα.