위키독:전자렌지 속의 개미

개미는 전자렌지 속에서도 살아남는다.

전자렌지

전자렌지는 그 이름(Microwave oven)처럼 마이크로파를 이용해 음식을 데우는 가전기기이다. 흔히 마이크로파로 음식 속의 물분자를 진동시켜서 열을 낸다고 알려져 있다. 한국에서 사용하는 전자렌지라는 말은 일본어인 電子レンジ에서 온 말이며 렌지는 range를 일본어화시킨 말이다.

전자기 스펙트럼

마이크로파란 전자기파 (= 빛)의 일종으로 그 파장이 꽤 길다.

왼쪽으로 갈수록 에너지가 줄어들며 파장이 길어진다. 그리고 마이크로파는 라디오파와 적외선 사이에 위치하고 있으며 그 파장은 약 1mm 에서 1m에 이른다. 우리가 보는 가시광선이 390nm ~ 750nm 인 것에 비해 굉장히 긴 파장을 가지고 있는 셈이다. 각 전자기파 스펙트럼의 이름과 특징은 다음과 같다.

이름	파장길이	주파수(Hz)
감마선	< 0.02 nm	> 15 EHz
엑스선	0.01 nm – 10 nm	30 EHz – 30 PHz
자외선	10 nm – 400 nm	30 PHz – 750 THz
가시광선	390 nm – 750 nm	770 THz – 400 THz
적외선	750 nm – 1 mm	400 THz – 300 GHz
마이크로파	1 mm – 1 m	300 GHz – 300 MHz
라디오파	1 mm – 100 km	300 GHz – 3 kHz

k = 킬로 (kilo)

M = 메가 (Mega)

G = 기가 (Giga)

T = 테라 (Tera)

P = 페타 (Peta)

E = 엑사 (Exa)

※ 각 단위는 1,000배 차이이며 k → M → G → T → P → E 순으로 커진다. 왜 하필 1,000배인지는 "숫자 세기 feat.큰 숫자 빨리 읽는 팁: 영어식 수의 이름은 어떻게 붙여졌나?"를 참고하자.

원리

전자렌지는 물분자를 진동시켜서 음식을 데운다고 알려져 있다. 물론 이것도 맞는 말이지만 아주 정확하게 하면 물분자의 극성을 이용해 물분자를 회전시키는 원리를 이용하고 있다. 이렇게 전자기파를 이용해 물체를 데우는 것을 유전가열(dielectiric heating)이라고 한다.

물분자의 수소쪽은 +, 산소쪽은 - 전하를 띠고 있어서 물분자 전체는 극성을 띠게 되는데 여기에 마이크로파를 쪼여주면 이러한 극성 분자는 전자기파의 파장에 따라 양과 음의 방향을 바꾸어가면서 매우 빠르게 회전하게 된다. 파도가 일정간격으로 쳐서 물 위에 떠있는 공을 때리는 것으로 생각하면 편리하다. 그리고 이 회전은 주변의 다른 물분자들을 때리게 되고 이에 물분자들이 슬슬 열받아서 음식을 데우는 원리이다.

정확히 말하면 분자의 회전, 분자들의 밀당으로 인해 물분자들이 계속해서 충돌하게 되고 이 운동에너지가 열을 발생시키는 것.

물분자가 가장 흡수를 잘 하는 주파수는 9,000MHz정도지만 이렇게 되면 음식 표면의 물분자가 이 파장대를 모두 흡수하여 겉만 타는 불상사가 발생하므로 전자렌지에 사용하는 마이크로파는 2,400 ~ 2,500MHz 정도로 맞춘다. 그리고 전자렌지의 최대 단점은 마이크로파의 파장이 꽤 길기 때문에 마이크로파 자체가 도달하지 않는 구간이 발생한다는 것이다. 이때문에 적절히 회전시켜주지 않으면 가열시간이 끝나더라도 뜨거운 곳과 차가운 곳이 극명하게 갈리게 된다. 그리고 바로 이러한 원리덕분에 개미가 전자렌지 속에서도 살아남을 수 있다.

전자렌지 속의 개미

내셔널 지오그래픽 채널에서 직접 실험한 영상이다. 이 영상에서 설명한 것 처럼 개미는 열점을 피해서 계속해서 이동하기 때문에 살아남을 수 있게 된다. 물론 개미 정도의 크기를 가진 곤충이라서 가능한 일이며 저것보다 조금 크게 되면 열점을 피할 수 없어서 비극이 일어날 수 있다. 또한 전자렌지의 바닥과 벽 부분은 에너지가 매우 적다. 전파의 전자기장은 전도성 금속에 의해 단락된다. 이는 기둥에 한 끝을 묶은 줄의 다른 끝을 흔들어서 파동을 일으켜도 기둥에서는 파동이 없어지는 것과 마찬가지 현상이다. 사실 이러한 단락을 해주지 않는다면 마이크로파가 전자렌지를 뚫고 나와 인체에 매우 해로운 영향을 미칠 것이다.