일상 속 물리 - 전자 레인지
아침에 일어나면 제일 먼저 고양이들에게 사료를 준다. 아침에는 습식 사료를 주는데 내 고양이들은 습식캔 한 개를 이들에 걸쳐 먹기 때문에, 캔을 따서 절반을 주고 남은 것은 냉장고에 넣어 두었다가 다음 날 아침 냉장고에서 꺼내어 전자 레인지에 돌린 후, 고양이에게 준다. 습식 사료를 전자 레인지에 돌릴 때에는 습식 사료를 캔에서 덜어서 실리콘 용기에 담아서 돌린다. 10초 정도 돌리면, 냉장고에서 차가워진 사료를 따뜻하게 만들 수 있다.
전자 레인지의 진짜 이름은 마이크로웨이브 오분
마이크로웨이브는 우리나라 말로 마이크로웨이브 파라고 한다. 마이크로웨이브 파는 빛인 전자기파의 한 종류이다. 전자기파는 전자기파의 파장에 따라 그 종류를 구분한다.
퍼시 스펜서. 전자 레인지를 발명한 남자 이야기
퍼시 스펜서는 1894년 7월 9일, 미국 메인주 하울랜드에서 태어났다. 그의 아버지는 그가 태어난 지 얼마 되지 않아 세상을 떠나고, 어머니는 그를 돌볼 수 없었기 때문에 그는 이모와 삼촌의 손에 자라게 된다. 삼촌도 스펜서가 7살 때 세상을 떠나고, 이모와 단둘이 살면서 어린 나이에 가정을 부양해야 했다.
스펜서는 정규 교육을 거의 받지 못했다. 초등학교를 중퇴한 후, 12살이 되던 해에 종이 공장에서 일을 시작했고, 일을 하며 독학으로 기술 서적을 읽고 실험을 하면서 전기와 라디오 기술을 배위 전문가가 되었다.
제2차 세계대전으로 군에 입대한, 스펜서는 레이더 시스템과 관련된 일을 한다. 제2차 세계대전 당시, 레이더는 매우 중요한 기술이었다. 레이더는 전파를 이용해 비행기나 배와 같은 물체를 탐지하는 장치인데, 이를 위해 마그네트론이라는 장치를 사용해 마이크로파를 발생한다.
해군에서 제대한 후, 스펜서는 전자 장비와 레이더 시스템을 개발하는 회사인 레이시온이라는 회사에서 일하게 된다. 2차 세계 대전이 끝나면서 단거리 군용 레이더에 사용된 마그네트론의 시장도 종말을 맞이하며. 레이시온과 같은 마그네트론 제조업체는 기술을 새롭게 응용할 필요가 간절했다. 스펜서는 이곳에서 마그네트론 개발과 응용에 중요한 역할을 한다.
1945년, 스펜서는 레이더 장비의 마그네트론이 테스트되고 있는 실험실에 있던 중 갑자기 주머니 속의 초컬릿 바가 익기 시작하는 것을 느꼈다. 마그네트론에서 방출된 마이크로 파가 초콜릿 바를 가열했기 때문이라고 생각한 스펜서는 이 현상에 흥미를 느끼고 추가 실험을 하기로 한다. 팝콘 알갱이를 가져와 마그네트론 근처에 놓아 보았더니 팝콘이 실험실 곳곳에 튀어버렸다. 팝콘 알갱이게 터지는 것을 본 스펜서는 마그네트론에서 방출된 마이크로파가 팝콘 알갱이를 터트렸다는 것이라 확신했다. 다음날 아침 그는 주전자를 가져와 옆면에 구멍을 내고, 껍질이 있는 생달걀을 냄비에 넣었다. 그리고 마그네트론을 구멍에 대고 전원을 켰다. 그 결과에 회의적이던 동료 엔지니어가 주전자 위를 들여다보는 순간, 그는 얼굴 가득 익은 달걀을 맞았고 말았다. 노른자가 겉보다 더 빨리 익어 달걀이 터졌기 때문이었다. 이것으로 마이크로 파는 음식을 내부에서부터 가열한다는 것을 알 수 있었다.
스펜서는 마이크로 파를 이용해 음식을 조리할 수 있는 장치를 만들기로 결심한다. 그는 금속 상자를 만들어 그 안에 마그네트론 튜브를 끼울 수 있는 구멍을 만들었다. 스펜서는 금속 상자에 문을 추가했고, 이로써 현대 전자 레인지의 초기 모델이 탄생하게 된다. 이 금속 상자로 음식을 빠르고 효율적으로 조리할 수 있었다.
스펜서의 발명이 성공을 거두자, 레이시온은 이 새로운 기술을 이용해 전자 레인지를 상업화하기로 한다. 이로써 1947년, 레이시온은 첫 상업용 전자레인지인 "레이더 레인지"를 출시하게 된다. 초기 모델은 크기가 매우 컸고, 가격도 약 5,000달러로 매우 비쌌기 때문에 주로 식당이나 배와 같은 상업 시설에서 사용되었다. 전자레인지는 시간이 지나면서 크기가 작아지고 가격이 저렴해져서 1967년, 첫 번째 가정용 전자레인지가 출시되었고 일반 가정에서도 전자 레인지를 사용할 수 있게 되었다.
전자 레인지 유리에 그물망이 있는 이유
전자 레인지 유리를 보면, 검정색의 그물망이 있는 것을 볼 수 있다. 그물망 구멍의 크기는 1-2mm 정도인데, 이런 크기의 그물망이 있는 이유는 전자 레인지에서 발생한 마이크로 파가 전자레인지 유리를 통해서 나오는 것을 막기 위한 것이다. 마이크로파의 파장은 약 12.2cm 정도이기 때문에 이 크기의 그물망을 통과하지 못한다.
사람 몸이 마이크로 파에 노출되었을 때 그 영향은 노출 강도와 시간에 따라 다르다. 마이크로 파는 비이온화 방사선의 일종으로, X선이나 감마선과 달리 DNA를 직접적으로 손상시키지 않는다. 그러나 고출력 마이크로 파에 장시간 노출되면 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있다.
마리크로 파는 물분자를 진동시켜 물을 가열하며, 가열된 물에 의해 음식물이 익게 되는데 인체가 고출력의 마이크로 파에 피폭이 되면 인체 조직이 가열되어 화상을 입을 수가 있고 조직 손상될 수도 있다. 특히 눈이나 생식 기관 등 열에 약한 부위가 영향을 크게 받을 수 있다. 따라서 전자 레인지는 마이크로 파가 전자 레인지의 구조적 결험으로 새어나올 수 있으므로 마이크로 파의 차폐가 중요하다.
전자 레인지가 음식을 데우는 원리
전자 레인지 내부에는 마그네트론이라는 전자 장치가 있다. 마그네트론은 전기 에너지를 이용하여 고주파 전자기파인 마이크로 파를 발생시킨다. 마이크로 파는 음식 속의 물 분자와 상호작용한다. 물 분자는 극성을 가지고 있어 마이크로 파의 진동하는 전기장에 의해 빠르게 진동하게 된다. 이 진동으로 인해 물 분자가 마찰을 일으켜 열이 발생하며, 그 결과 음식이 가열된다. 전자 레인지로로 인해 음식의 온도가 상승하면, 높은 온도는 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등 미생물을 죽이는 데 효과적이다. 대신 물이 없는 재료는 전자 레인지에 돌려도 온도가 올라가지 않는다.
전자 레인지에 금속을 넣으면 안되는 이유
금속 물체는 마이크로 파를 반사한다. 이 반사된 마이크로 파가 금속 물체의 모서리나 날카로운 부분에 집중되면, 공기 중의 전자가 에너지를 받아 튀어오르게 되어 스파크(불꽃)가 발생할 수 있다. 이러한 스파크는 전자 레인지 내부의 플라스틱 부분을 녹이거나 전자 레인지 음식에 불을 붙일 수 있다.
금속 물체가 전자 레인지 벽과 접촉하거나 전자 레인지 벽에 가까운 위치에 있으면, 두 금속 표면 간에 전기장이 형성되어 아크 방전이 발생할 수 있다. 아크 방전으로 강한 전류가 순간적으로 흐르면서 열과 빛을 발생하며, 이러한 이유로 전자 레인지의 전자 회로를 손상시킬 수 있다.
고양이들에게 밥을 주고 나서야, 안심하고 욕실에 들어가서 세수를 한다. 세수를 하고 나면 수건에 얼굴과 손에 묻은 물을 닦는데, 가끔 수건에서 냄새가 난다. 수건을 빨 때 지난 탓이다. 수건을 빨 때, 수건을 삶으면, 수건이 쉽게 낡는다. 그래서 나는 수건을 세탁기에 넣어 가법게 돌린 후, 꺼내어 수건을 전자 레인지에 넣고 1분 정도 돌린다. 그러면, 수건이 살균되고 삶지 않아도 냄새가 나지 않는다.
