전자레인지가 음식을 데우는 원리 (마이크로파와 물 분자의 마찰)
1분 만에 음식이 뜨거워지는 비밀
냉장고에 차갑게 식은 피자 냉동실에 넣어 둔 만두를 단 1분만에 김이 모락모락 나는 요리로 바꿔주는 제품인 전자레인지에 대해 알고 계시나요? 가스레인지처럼 불이 직접적으로 발생하는 것도 아니고 오븐처럼 뜨거운 열선을 이용해 가열을 하는 것이 아닌데 어떻게 음식의 속까지 뜨거워질 수 있는 것일까요?
더욱 신기한 것은 음식을 담고 있는 유리 그릇이나 도자기 접시는 그렇게 뜨거워지지 않고 오직 그릇에 담긴 음식물만 뜨거워지는 것인데요. 불 없이 열을 만들어내는 이 현상은 마이크로파라는 빛과 음식물의 물 분자와 관련되어 있습니다. 오늘은 일상에서 자주 사용하는 전자레인지가 음식을 데우는 원리를 알려드릴게요.
불 없이 열을 만들어내는 마이크로파
전자레인지의 영어이름은 Microwave oven 인데요. 이름에서 알 수 있듯이 이 가전제품은 마이크로파라는 특수한 전자기파를 이용하고 있습니다.
마이크로파는 우리가 라디오나 스마트폰을 이용하는 등 통신을 사용할 때 전파의 일종으로 눈에 보이지 않는 특징을 가지고 있습니다. 가전제품인 전자레인지 내부에는 마그네트론이라는 핵심부품이 있는데 이곳에서 1초 동안 24억 5천만번의 진동을 한다고 합니다. 사람의 눈으로 볼 수 없을 만큼 매우 많은 수치인데요. 이같이 마이크로파가 유리나 종이, 플라스틱 등과 같은 물질은 통과하지만 음식물 속에 있는 수분과 만나면 특별한 반응을 하게 됩니다.
물 분자의 회전과 마찰열
전자레인지가 음식을 데우는 원리는 마이크로파가 뜨거워서가 아니라는 것은 아실거에요. 이제 핵심원리가 음식물 속에 있는 물 분자가 마이크로파의 격렬하게 반응하여 스스로 열을 내는 것이라고 알게 되었는데요. 과학용어로 이것을 유전 가열이라고 부릅니다. 너무 어려운 단어이기에 여러분은 개념정도만 아셔도 될 것 같아요.
작은 자석처럼 행동하는 물 분자
물 분자는 산소 원자 1개와 수소 원자 2개로 이루어져 있습니다. 그런데 물 분자는 결합 구조로 인해서 산소쪽은 음전하, 수소쪽을 양전하는 띄고 있습니다. 그래서 막대자석처럼 N극과 S극이 있는 것처럼 반대되는 성향을 가지는데요. 이것을 극성 분자 또는 쌍극자라고 부릅니다.
1초에 24억번의 진동이 만드는 마찰열
마그네트론에서 나오는 마이크로파는 아주 빠르게 +극과 -극의 방향을 바꿉니다. 이것으로 음식물에 마이크로파가 닿으면 물분자들이 이 전자기파의 방향에 맞춰 자신들의 방향을 재정리하면서 끊임없이 회전하고 뒤집힙니다.
이렇게 셀 수 없이 많은 진동이 발생하는 것을 사람눈으로 볼 수 없는데요. 상상속으로 격렬한 속도로 움직이고 다시 재정리 한다고 생각해보세요.
추운 겨울 우리는 손을 녹이기 위해 두 손바닥을 마주대고 빠르게 비벼본 적이 있을 거에요. 손을 빠르게 비비면 이떄 마찰열이 발생하여 손이 따뜻해지기 시작하는데요. 물 분자 역시 마찰열로 인해서 좁은 공간 속에서 충돌하고 열이 발생하는데, 이 열이 음식물을 데우는 원리입니다.
전자레인지의 재미있는 과학적 사실
유전 가열 원리를 알고 나면 이제 평소에 전자레인지를 사용하면서 생긴 호기심이 하나씩 풀릴겁니다.
그릇은 왜 뜨거워지지 않을까?
전자레인지용 유리그릇이나 도자기는 수분이 들어있지 않습니다. 그래서 마이크로파가 아무리 지나가도 진동을 하지 않아 마찰열이 발생하지 않고, 마이크로파는 그대로 통과를 해 버리게 되는데요. 음식이 데워진 후에 그 열이 그릇에 전도되기만 할 정도입니다.
얼음을 왜 전자레인지에서 잘 녹지 않을까?
얼음도 물이지만 액체 상태와 달리 물 분자들이 단단한 구조속에 묶여있는 상태입니다. 그래서 꽉 묶여있는 묾 분자에 마이크로파가 닿아도 액체처럼 활발한 활동을 하기에는 다소 부족한 면이 있는데요. 그래서 얼어있는 고기를 해동시키면 겉면이 살짝 녹은 경우에 이 곳은 열이 전달되지만 속은 그대로 얼어있는 경우가 발생하는 것입니다.
금속이나 은박지를 넣으면 안되는 이유
유리나 플라스틱은 마이크로파를 통과시키지만 금속 재질인 알루미늄 호일, 스테인리스 냄비 등은 거울이 빛을 반사하는 것처럼 마이크로파를 튕겨냅니다. 이때 튕겨진 마이크로파가 다른 마이크로파나 전자레인지 내부의 벽이나 금속과 부딪혀 공기 중에 방전을 일으키고 이것이 불꽃을 만들게 됩니다. 자칫 엄청난 화재로 번질 수 있으니 주의해야 합니다.
지금까지 우리의 식생활을 편리하게 만들어주는 전자레인지의 과학적 원리를 알아보았습니다. 그럼 간단하게 전자레인지가 음식을 데우는 원리를 요약해 볼게요.
- 전자레인지는 직접 열을 가하는 것이 아니라 진동하는 마이크로파를 발생시킨다.
- 마이크로파가 음식물 속의 물 분자를 진동하게 만든다.
- 물 분자가 진동하면서 초당 수십억회 회전하고 충돌하며 마찰열로 인해 음식을 데운다.
우리가 전자기기를 이용해 음식을 데우는 동안 눈에 보이지 않는 이러한 과학 현상이 발생하고 있습니다. 주방에 자리잡은 전자레인지에도 물리학의 법칙이 숨어있으니 요리를 먹을때 과학을 다시 한번 생각해보세요.
댓글
댓글 쓰기