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전자레인지

last modified: 2015-03-14 19:38:08 by Contributors

Contents

1. 정의
2. 기원
3. 과학적 원리
4. 유의점
5. 관련항목
6. 상세 정보
6.1. 전자레인지의 구조
6.2. 각 파츠의 부품들
6.2.1. 조리실
6.2.2. 전원계통
6.2.3. 흡기계통은 배기계통
6.2.4. 발진계통
6.3. 전원 공급 파트의 추가 설명
6.4. 마그네트론의 발진 방법
6.4.1. 마그네트론 개요
6.4.2. 발진부 구성
6.4.3. 전자의 흐름 양상
7. 기타


1. 정의

Microwave (Oven). 음식을 데우기 위한 백색 가전.
무선랜의 원수[1] 자취생들의 요리사 주부들이 말하길 기계

보통 여러 가지 음식을 간단히 데우거나 해동시킬 때 많이 사용하지만, 군대 PX에서는 그 이상으로 다용도로 사용되기는 물건. 참고로 냉동식품을 봉지채로 그냥 돌리진 말자. 환경호르몬 문제도 있어서 냉동식품 표지에도 어지간하면 봉지채로 돌리지 말라는 문구가 쓰여있다.
화학 실험실에서도 시료를 높은 온도로 빠르게 가열하기 위해서 전자레인지를 쓴다. 시판되는 가정용 전자레인지를 써도 되긴 하지만, 화학 시료용으로 나오는 특수한 전자레인지가 있다. 밥그릇에 비해서 훨씬 작은 시료용기에 정확하게 전자파를 갖다 맞추기 위해서 약간 구조가 다르다. 보통은 일반화학이나 분석화학에서 시료 전처리에 대해 배우면서 그 존재를 알게 된다. 아, 물론 몇몇 랩은 냉동식품이나 햇반용 전자레인지도 함께 가지고 있다(...)

출력은 700w와 1000w이 대부분이며, 조리예도 두 가지로 나눠져서 제공한다.[2] 그러나 대부분 전자레인지 뒷면에 써있기 때문에 겉보기로는 알 수 없다(...) 왜 앞에 안 붙이는지 의문
참고로 가정용 전자레인지는 일반적으로 출력이 1000W인 경우가 대부분이다. 사용중인 전자레인지의 출력을 모른다면 1000W기준으로 돌려보는것이 좋다. 그편이 음식이 타거나 하는 경우를 피할수도 있고...

2. 기원

Raytheon_Microwave_oven.jpg
[JPG image (29.89 KB)]

1947년 레이시온에서 출시한 세계 최초의 전자레인지.
전자레인지의 기원은 정말 의외의 곳에서 시작되었다. 1945년 미국에 위치한 레이더 생산을 주로했던 군수기업 레이시온에서 일하던 "퍼시 스펜서"(Percy LeBaron Spencer) 라는 사원은 레이더 장비에 쓰일 마그네트론[3]에 관한 연구를 진행중이였다. 새로운 레이더 기술을 실현하기 위해 만들어진 마그네트론 이였으나, 별로 신통치 못한 마그네트론을 계속 돌리고 실험하며, 스펜서는 돌아가는 마그네트론 옆에서 휴식을 취하며 주머니에 넣어둔 초콜릿 바를 먹을려고 했다. 그런데 자신의 주머니 속에 있던 초코바가 전부 녹아있다는 것을 확인했다.

그냥 재수없는 일이라고 넘겼을지도 모를 일이였으나, 퍼스 스펜서는 "혹시 이게 마그네트론 때문에 녹은건 아닐까?." 라는 생각을 하게 된다. 그리고 이를 알아보기 위해 몇가지 음식 재료들을 가져와서 실험을 해봤다. 처음에는 팝콘 제작에 쓰이는 옥수수를 놓고 마그네트론의 출력을 올려봤는데 이 옥수수는 그자리에서 팝콘으로 변했다. 두번째로는 달걀을 놓고 마그네트론의 출력을 높여봤다. 그런데 달걀은 그자리에서 터져 버렸다.

퍼스 스펜서는 이후 여러번 같은방식으로 실험을 진행하여 마그네트론에서 방출되는 극초단파를 수분에 쏘이면 수분의 온도가 올라간다는 사실을 알아냈다. 퍼스 스펜서는 이러한 사실을 토대로 마그네트론을 통하여 음식물을 데우는 기술에 관한 특허를 출원하였다. 퍼스 스펜서가 근무하던 레이시온은 이 특허를 사들여, 1947년 전자레인지를 시장에 출시했다.

3. 과학적 원리

물분자의 공진주파수와 일치하는 파장의 전자기파를 사용해 물분자를 공명시키는 것이라고 흔히 알려져 있긴 하지만, 사실 물분자의 공진은 수증기일 때나 일어나며, 공진주파수는 20GHz가 넘어간다. 정확히는 물분자가 가지고 있는 극성을 이용한 것이다. 전자기파의 전기장이 교차될 때, 극성을 가진 물분자가 전기장에 움직임에 맞춰 회전하면서 다른 물분자와 충돌해 열이 발생하는 것이다. 가정용 전자레인지의 2.45GHz 주파수 뿐만 아니라 915MHz 주파수를 사용하는 공업용 전자레인지도 가열에는 아무 문제가 없다. 기본적으로 물분자의 움직임을 통해 열을 발생시키는 것이기 때문에 내부에 수분이 없는 그릇은 데워지지 않고 음식만이 데워진다.[4] 단, 전자레인지 전용 용기에 담아서 가열해야 하며, 특히 금속 용기는 절대 사용 불가.[5] 전자파를 아예 반사시키기 때문이다. 실제로 금속 용기는 고사하고 은박이 들어간 포장비닐만 넣고 돌려도 화려한 불꽃놀이를 감상할 수 있다.(…) 그리고 금속 용기가 아니더라도 도자기에 금속 선으로 장식한 용기도 사용불가. 불꽃놀이 레벨은 아니더라도 레인지 내에 튀는 스파크로 간담 서늘한 경험을 할 수 있다. 플라스틱 용기도 쓰면 안된다. 녹아버리거나 불이 붙는다.(…)[6] 어떤사람은 키보드 세척하고 말리려고 전자레인지에 넣다가 자판 한 개가 불에 타서 녹았다고 한다. 특히 CD를 넣으면 아름다운 불꽃의 향연을 감상할 수 있다.

작동을 시켜보면 음식을 회전시키는 것을 알 수 있는데 이는 파동의 파장이 몇 센티미터 단위라서 가만히 놓으면 음식의 일부만이 가열되기 때문이다. 때문에 전체적으로 골고루 데우기 위해 회전을 시킨다. 근데 미국은 안 그렇다.(...) 아예 냉동식품을 보면 몇 분 데운 뒤에 문 열고 음식 돌려서 몇 분 더 돌려라 같은 식으로 표기된다.[7] 선진국의 위엄? 다만 오븐 겸용의 광파전자레인지를 보면 회전판이 없는 모델들이 있다.

4. 유의점

과열 현상[8]이라는 것이 있는데 물은 데울 때 쓰고자하면 위험하다! # 요약하면 매끈한(흠집없는) 용기에 물만 넣어 데울 경우 끓는 점을 넘어가는 온도에서도 거품이 일지않는데 뭣모르고 건드리면 100도씨가 넘는 물이 폭발한다는 것. 이는 초등학교나 중학교 과학시간에 배우는 돌비현상 때문으로, 액체가 끓는 점을 넘더라도 최초의 기포가 생겨나지 못하면 끓지 못하고 있다가 최초의 기포가 생겨나는 계기 (각져있는 무엇인가)가 생기면 폭발적으로 끓는 것이다.(이에 대한 이유는 대학교 물리화학에 설명되어 있다.) 나무젓가락 등을 넣어서 데우면 된다는데 웬만하면 그냥 물은 끓이자.

물을 증발시켜 열을 얻기 때문에 빵 같은 물기가 적은 음식을 데울 때는 주의. 베이글이 턱 파괴자로 진화한다(...). 단 대충 물을 끼얹거나 그릇에 담아 데우면 상기의 이유로 위험하니 분무기를 이용하자.

일반 오븐 다루듯이 다루다가 낭패보는 재료도 있다. 대표적인 것이 달걀. 날달걀을 전자레인지에 그대로 돌릴 경우 폭발한다. 계란후라이를 만들기 위해 노른자를 터트리지 않고 그냥 돌린다면 노른자가 폭발하여 아수라장이 될 수 있다.

그 밖에도 금속제인 쿠킹 호일이나, 놋쇠그릇 등을 전자레인지로 돌릴 경우 불꽃이 발생하므로 유의할 것.

6. 상세 정보

여기서부턴 상세한 정보들. 전문용어들이 난립하므로 읽는 사람의 주의를 요한다.

6.1. 전자레인지의 구조

전자레인지는 다음 구간으로 나누어진다.
  • 조리실: 음식을 조리하는 곳이다.
  • 전원계통: 발진계통에 직류 특고압을 공급하는 곳이다.
  • 발진계통: 조리에 필요한 전파를 발생한다.
  • 주 냉각계통: 발진계통에서 발생한 열을 제거한다.
  • 제어계통: 전체 시스템 제어
  • 배기 계통: 발진계통에서 발생한 열과 조리실에서 발생한 수분, 열기, 냄새를 전자레인지 밖으로 배기한다.

6.2. 각 파츠의 부품들

6.2.1. 조리실

  • 지름 4mm 이하의 타공[9]으로 흡배기구가 있는 네모 혹은 양철에 내식성 코팅이 된 성형 금속 상자.
  • 흡기구 방향에 조리실용 백열전구
  • 백열전구 옆에 마그네트론의 전파방출구 덮개
  • 조리실의 문은 복잡한데, 안쪽에서부터 방수 실링과 1차 유리 커버, 그리고 안쪽에는 전도성 소재로 되어 약 2mm의 지름을 가진 타공으로 된 전파반사제, 그리고 약간의 공기층과 최종 도어글래스로 구성되어있다. 이들은 서로 연결되어있으며 실리콘으로 실링되나 외함과는 접지가 되어 전파의 의도치 않은 방출을 방지한다. 실리콘도 마찬가지로 전파저감제가 섞여있다.
  • 조리대 글래스. 내열제품이 아니니 씻을 때 진짜 주의할 것.
  • 조리대 글래스 회전용 동기 전동기. 일정 토크 이상의 힘이 축에 가해지면 동기화가 풀려 회전자가 멈추고 다시 반대 방향으로 돌아간다. 이것을 사용하면 손쉽게 위기탈출을 할 수 있다. 모터 출력은 약 3~4w

6.2.2. 전원계통


좋은전자레인지의 것.


일반전자레인지의 것.

차이는 부밍 노이즈. 전자레인지의 전자계통 소음 중 99%는 불안정한 전원계통에 의해 발생하는 소음이다. 좋은 파워 서플라이는 발진계통에 안정적인 직류전원을 공급해주어 전자레인지를 매우 조용하게 만들어준다.

  • 전원 트렌스포머(저전압): SMPS로 바뀌었다. 제어계통에 전원을 공급한다.
  • 동력 트렌스포머(고전압): 발진계통에 전원을 공급한다.
  • 히터 트렌스포머(저전압): 발진계통의 히터에 전원을 공급한다.
  • 정류기(고전압): 동력 트렌스포머에서 나온 고전압을 정류한다.
  • 케퍼시터(고전압): 정류된 맥류 전원을 안정화하긴 하는데 영 소용없는 파츠. 용량증대가 절실하다.

6.2.3. 흡기계통은 배기계통

  • 일반적인 4엽~5엽의 전진형 엽으로 된 날개가 Shaded Pole Motor에 의해 구동되는 송풍기. 회전속도는 대개 1750rpm 정도이다.
  • 흡기계통 전파반사제
  • 냉각계통에 붙어있는 방열판으로 바람을 모아주는 Airguide Plate
  • 저 멀리 제어PCB 로 바람을 보내주는 Airguide Plate

그리고 배기계통은 보통 흡기쪽에서 불어나오는 압력으로 같이 땡처리한다.

  • 배기 홀이 대부분 정면에서 볼 때 전자레인지의 왼편에 붙어있으며, 역시나 4mm의 타공으로 되어있고, 거기서 나간 바람은 하단 배기 슬릿, 상단 배기 슬릿 등 모조리 슬릿 형태로 되어있는 배기구를 통해 조리실과 외곽 프레임을 식혀주고 나간다.

6.2.4. 발진계통

  • 마그네트론. 전자레인지의 핵심 부품. 여기서 2450Mhz라는 칼같은 ISM 대역 주파수가 플마 1Hz 의 안 정도로 약 700W의 출력으로 발생한다. 이것은 물의 공진주파수와 일치하여 음식물을 데우게 된다.

6.3. 전원 공급 파트의 추가 설명

전원 공급 파트는 마그네트론이라고 불리는 기계장치에 전원을 공급하기 위해 사용되는 것으로, 마그네트론은 평균적으로 직류고압 4kV, 교류저압 24v를 요구하기에 상용전원을 변환해야하는데, 이것을 위해 동력 트랜스포머를 사용해 고전압을 만들고, 히터 트랜스포머를 사용해 마그네트론의 히터에 전원을 공급한다. 두 트랜스포머는 복권 트랜스이며 혹시 모를 절연파괴 사고시에도 안전을 위해 분리되어 있다.

트랜스포머, 정류기, 캐퍼시터 이 3개 만으로 고전압 전원부가 완성되는 게 현대 저질 저내구성 소모품 전자레인지의 현실이며, 이것은 4kV 직류라기보단 맥류를 만들어낸다.


이것이 전자레인지의 고압 트랜스포머에서 나오는 전원의 아크이다. 속칭 MOT Arc라고 하는데, 테일이 길면서(고전압) 플라즈마가 약해(트랜스포머 출력이 낮다.) 잘 끊어지지만 일단 고전압은 고전압이라 지이이이잉 하면서 불꽃이 닿인 선이 녹아내린다.

6.4. 마그네트론의 발진 방법

6.4.1. 마그네트론 개요


일단 기계덩어리지만 발진기에 속한다. 비슷한 계열인 Klystron과 헷갈리지 말자. 마그네트론도 기계적으로 보면 기존 발전기를 갈아엎을 괴랄할 물건이지만 전기적으로 보면 깔끔하게 다른 발진기와 똑같은 동조회로와 발진회로를 가지므로 마그네트론 역시 동조회로, 공진회로, 여진회로, 리제네레이션 회로를 가지고 있다.

6.4.2. 발진부 구성

  • 공진회로구성: 마그네트론은 겉보기에 아무런 코일이나 캐퍼시터가 없다. 이유는 공진 용적(Cavity)를 확보하는데 2450Mhz는 내부에 공진 용적을 구성하는것으로 다 해결이 되기 때문으로, 별도의 코일이나 발진 캐퍼시터가 없다.[10]

  • 여진회로구성: 초기 동작시 여진회로에 작동을 위한 공진 주파수를 공급해야하는데, 일반적인 발진기는 RC 회로에 의한 전류의 파동에 의하나, 마그네트론의 공진 Cavity의 경우 Cavity 내부에 흐르는 고압전류에 의해 만들어진 고주파 전계에 의해 여진된다.

  • Regeneration: 일반적인 발진기의 공진은 출력이 입력단에 정궤환되어 동위상으로 발진하지만 마그네트론은 고주파 전계와 전자와의 상호작용에 의해 애노드와 케소드 간의 공간 Cavity 내부에서 이루어진다. 공진 Cavity의 에너지는 마그네트론의 Cathode에서 나온 전자의 에너지보다 높기 때문에 발진이 계속 이루어진다.

6.4.3. 전자의 흐름 양상

마그네트론도 일단은 2극 진공관[11]인데 결선방법은 좀 다르다.


보통의 2극관은 Cathode가 전원의 Negative에 연결되어 Ground가 되며, Anode가 전원의 Positive로 연결된다. 반면, 마그네트론의 Ground는 Anode를 타겟으로 이루어진다. 당연히 작동엔 이상이 없지만 이 구성으로 연결하면 마그네트론이 작동중일 때 발생하는 고전압 펄스 쇼크로 인한 상해를 예방할 수 있다.

7. 기타

  • 정식 명칭은 microwave oven이고 영어권에선 보통 줄여서 microwave라고 부르지만 일본에선 電子range라고 부른다. 한국도 이에 영향을 받아 전자레인지라 부르는 것. 電子range의 일본식 발음이 でんしレンジ(덴시렌지)인 까닭에 한국에서도 ‘전자렌지’라고 하는 경우가 많으나, range는 [reɪndƷ]로 발음하기 때문에 표준국어대사전에선 ‘전자레인지’라 칭하는 걸 원칙으로 삼고 있다.

  • 전자레인지의 조리 완료를 알리는 '띵'하는 소리는 샤프전자의 아이디어였다고 한다. 당시 전자레인지는 조리 완료를 알리는 소리가 없어서 조리가 끝난 것을 잊어버리고 음식을 방치하여 식어버리는 일이 빈번했기 때문에 집어넣은 기능이라고. 하지만 소리가 나도 잊어버릴 사람은 잊어버린다.

  • 여담이지만 영화 맨 인 블랙에서는 외계인지구에 올 때 가져온 기술을 MIB가 특허낸 기술 중에 하나라고 나온다(...).

  • Steins;Gate에서는 이야기 전개의 키아이템이다.

  • 전자레인지가 문이 열린 상태로 작동된다면 어떨까? 하는 떡밥이 자주 도는 편이다.어떻게 되기는 타임리프하면서 구르는 거지 뭐 사실 전자레인지 내의 초단파가 전자레인지 내부에서 계속 반사되면서 작동되기 때문에 문이 열린 상태에서 작동이 된다면 초단파가 크게 분산되므로 화력이 하락해서 주위에 있는 사람을 데울 정도는 아니다. 하지만 그래도 엄청난 전자파가 필터링 없이 방출되는 것이기 때문에 건강에 매우 안 좋기는 하다.

  • 국내 방송에서 실험한 적이 있는데, 얼음을 넣으면 안 녹는다. 수분을 이용하여 열을 내는 방식이기 때문에.

  • 고든 램지가 특히 싫어한다. 키친 나이트메어 시즌 5의 1회를 보면, 어떤 음식이 전자레인지에 몇 분 돌렸는지까지 알아맞출 정도다! 이 사람 뿐만 아니라, 홈메이드를 중요시하는 절대 다수의 요리사들은 전자레인지를 혐오한다. 맛이 이상해져버린다나.

  • AVGN으로 유명한 제임스 롤프의 다른 영상 시리즈 You Know What's Bullshit?에서 시끄럽다고 까였다. 버튼을 눌러도 삐 소리, 조리 완료 되었을때도 삐 소리, 조리 완료되었는데 안찾아가면 삐 소리, 그래서 삐 소리 안내게 하려고 직접 중간에 수동 정지를 시키는데 그럴때도 삐 소리 등 삐삐 소리가 너무 자주 나오기 때문. 특히나 야밤에 조용히 사용하고 싶을때 삐 소리 때문에 그게 안되니 답답하다고 깠다. 대체 왜 전자레인지들은 삐 소리를 끄는 옵션같은게 없냐고 깐 것은 덤.

  • 전자레인지로 식품을 가열하면 몸에 안 좋게 변한다는 도시전설이 있다. 전자레인지의 전자파가 식품의 분자구조를 파괴하여, 본래의 영양소를 제공할 수 없다는 이야기인데 물론 이는 사실과 다르다. 대부분의 조리법, 그 중에서도 열을 가하는 방식은 당연히 원래의 분자구조를 파괴하며, 그 과정에서 인간이 먹기 좋은 형태로 바뀌게 된다. 전자레인지는 열을 가하는 방식이 불이 아니라 진동일 뿐이다. 열을 가해서 파괴되는 영양소를 가진 식품이라면, 전자레인지로 돌리든 다른 방법으로 조리하든 차이가 없단 얘기다.
    전자레인지의 유해성을 주장하는 사람들이 대표적으로 언급하는게 '전자레인지로 끓인 물과 불로 끓인 물을 식힌 후 식물에게 줬더니, 전자레인지로 끓였던 쪽은 식물이 죽더라.'라는 실험인데세상에 빛이 물에 잔류한다니, 물은 답을 알고 있다식으로 제대로된 설계도 거치지 않은 실험 하나로 이론이 입증되는 것도 아닐뿐더러 애초에 최초로 올라온 실험 자체가 조작으로 추정된다(...) 채널A에서도 루머로 밝힌바 있다.
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  • [1] 양측 모두 동일한 2.4GHz 대역을 사용해서 작동시 주변에 위치한 와이파이가 끊어지는 체험을 할 수 있다.
  • [2] 호빵 1개가 700w으로는 30초, 1000w으로는 20초 이렇게.
  • [3] 한마디로 전자레인지의 주요 부품인 마그네트론은 원래 레이더 장비로 만들어 진거였다.
  • [4] 실제로는 그릇이 뜨거워지는데 이유는 간단하다. 데워진 음식의 복사열.
  • [5] 전자레인지용 금속용기가 개발되어있긴한데 아직 상용화되진 않았다.
  • [6] 단 전자레인지에서 사용 가능하도록 처리가 된 플라스틱 용기는 사용 가능하다. 전자레인지 사용여부가 적혀 있으므로 꼭 확인해보자.
  • [7] 알다시피, 많은 양을 데우면 그게 답이다. 냉동고기 한 근을 해동해보라.
  • [8] superheating. 반대되는 용어로 과냉 현상이 있다. 참고로 화학용어다. 오버히트의 그 과열과는 다르다.
  • [9] 이는 전자레인지의 모든 급배기 시스템에 적용된다. 외부로 전파가 새나가지 않도록 하기 위함.
  • [10] 전원 캐퍼와 착각하지 말자.
  • [11] 생각해보면 전극이 에노드하고 케소드밖에 없다.
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