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[월요마당] 전자레인지의 원리와 탄생
나경수 (사)전자정보인협회 회장
2018년 01월 29일 (월) 12:03:04 에너지신문 energynews@ienews.co.kr
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[에너지신문] 음식물에 마이크로파를 쬐면 전자기장이 회전하는 물 분자 덩어리에 영향을 줘 더 빨리 회전을 시키거나 회전을 방해하며 결합한 물 분자를 분리시킨다. 떨어져 나간 물분자는 더욱 활발하게 운동을 하고 분자끼리 충돌한다. 이 회전과 충돌로 많은 열에너지가 방출돼 음식물을 데운다.

전자레인지는 마이크로파를 이용해 식품을 가열하는 조리기구로 현대 주방문화에서 필수제품이 됐다.

마이크로파는 공기·유리·종이 등을 투과하고 금속에 의해 반사되며, 식품이나 물 등에는 흡수되지 않는 성질을 가지고 있다.

흡수된 전자파 에너지는 열로 변해 그 물질을 발열시킨다. 전자레인지에서 보통 사용되는 전파는 특수한 진공관 자전관으로 발생시킨다. 자전관(magneton)은 종래 레이더나 통신에 사용된 초고주파용의 진공관이며 가해진 고압전력의 50% 이상을 마이크로파 전력으로 변환, 효율이 높다.

자전관은 음극 주위에 여러 개로 분할한 양극을 두고 이들 양극에는 소요 주파수에 동조하는 공진회로를 붙인다. 다시 지면에 수직 방향으로 자계를 가하면 음극에서 나온 전자는 회전하면서 양극에 도달한다. 이때 공간전하(空間電荷)는 여러 개의 전자극을 형성한다. 이 전자극이 회전함으로써 양극의 공진회로에 초단파 발진이 발생한다.

전자레인지용 자전관은 가령 양극(陽極, anode)에 걸리는 전압이 교류라 하더라도 동작이 가능하며 출력수 100W 또는 그 이상의 것이 개발된다. 자전관으로 발생된 마이크로파는 조리상자 내에 인도돼, 주위의 금속벽으로 반사되면서 식품이 흡수하게 된다.

조리상자, 즉 오븐의 구조는 전파를 될 수 있는 한 균일하게 쫴 가열 얼룩이 생기지 않도록 돼 있다. 일반적으로 식품은 마이크로파에 대해 손실이 많고, 내부에서 대량의 열을 발생한다. 그러나 이 현상에 주로 기여 하는 것은 식품 속에 60~99%가 포함된 물이다.

전통적으로 태초부터 인간이 연구하고 생각해온 조리법은 식품의 외부를 가열, 열전도에 의해 차츰 내부까지 뜨겁게 하는 방법이 있다. 그런데 식품은 일반적으로 열전도가 낮기 때문에 단시간으로 중심까지 급속히 가열, 조리하려고 하면 표면이 과열, 조직이 파괴돼 영양분을 상실하는 바람직하지 않은 결과가 나타난다.

이에 반해 마이크로파에 의한 조리는 식품 자체가 내부에서 발열하는 것으로 다른 가열 방법보다 효율이 높고 조리 시간도 단축된다. 그리고 비타민의 잔존율도 높은 장점이 있다. 250g의 비프스테이크는 30초로 조리된다. 또 전파를 통하기 쉬운 재료의 용기에 싼 채로 가열하는 방법, 냉동식품의 해동(解凍), 살균효과의 이용도 전자레인지의 특징을 이용한 방법이다.

물분자의 성질을 이용한 ‘현대문명의 이기’ 전자레인지는 우연히 탄생하게 됐다. 1945년 미국의 무전기 회사의 연구원 퍼시 스펜서에게 우연한 일이 벌어진다. 당시 그 회사는 레이더 장비에 들어가는 필수 부품인 자전관(magnetron)을 제조하고 있었다. 자전관은 마이크로파 신호를 생성하는 진공관이다.

어느 날 자전관이 동작 중인 실험실에 들어 간 퍼시는 주머니에 넣어둔 초콜릿이 녹아 버린 사실을 발견한다. 이러한 현상이 그 후에도 계속 되풀이 되자 호기심이 남달리 강하고 부지런했던 퍼시는 이 현상을 그대로 지나치지 않고 세밀히 관찰하게 된다.

이는 분명 마이크로파와 연관이 있을 것이라고 염두에 두고 관련된 실험을 하기에 이르렀다. 그 결과 실험실에서 옥수수가 익어 팝콘이 되고 달걀이 익어 프라이가 되었다. 그는 이 자전관을 음식조리기 형태로 만들었고, 처음에는 그 이름을 ‘레이더 레인지’라고 명명했다.

이 조리 기계는 초기에는 부피가 크고 무겁고 가격도 비쌌다. 때문에 가정보다는 식당에서 주로 사용했다. 처음 설치한 곳도 보스턴의 한 대형 식당이었다. 지금처럼 가정용으로 보급되기 시작한 것은 1970년 이후였다.

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