지구상에 존재하는 모든 물질 중 약 5%만이 초전도체라고 합니다. 전기저항이 0인 물질로 일상생활에 다양하게 활용되고 있습니다. 가정에서 자주 사용하는 전자레인지의 초전도체 사용원리를 알아봅니다.
전자레인지의 초전도체 사용원리
전자레인지의 내부를 보면 진공관과 같은 구조로 되어 코일 주변에 자석이 붙어있고, 금속판 위에 얇은 유리판이 덮여있는데 그것을 통과하면서 고주파 전류를 발생하게 하는 마그네트론이라는 장치가 있습니다. 이때 생기는 자기장 내에서는 전기저항이 0이 되는데, 이를 초전도 현상이라고 합니다. 즉, 열 없이 물질의 온도를 높일 수 있다는 뜻입니다. 이러한 원리 덕분에 전자레인지안에선 뜨거운 공기가 만들어집니다.
마그네트론이란?
마그네트론은 코일 내부에 자석(자계)을 설치하여 자기장을 발생시켜 전류를 유도하는 원리를 이용한 기기입니다. 즉, 외부로부터 들어오는 교류전기를 직류전기로 변환하기 위해 만들어진 일종의 변압기라고 보시면 됩니다. 마그네트론은 크게 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째로는 자성체 원판이고, 두 번째로는 자화코일입니다. 먼저 자성체 원판은 영구자석 또는 초전도 자석 등 여러 가지 종류의 자석들이 배열되어 있는 판입니다. 그리고 자화코일은 외부로부터 자장을 걸어주면 자력선의 방향이 바뀌면서 같은 극끼리 밀어내는 힘이 작용하는데, 이러한 원리를 이용해서 만든 코일입니다.
마그네트론 고장 나면 어떻게 될까?
마그네트론이 고장 나게 되면 전원공급이 제대로 되지 않기 때문에 발열현상이 일어나면서 연기가 나거나 타는 냄새가 날 수 있고 데워지지 않을 수 있습니다. 또한 내부회로가 타버려서 회로 전체가 망가질 수도 있고, 심하면 화재로도 이어질 수 있으니 주의해야 합니다.
짧은 시간에 요리가 되는 원리
보통 우리가 알고 있는 금속물질 중에도 온도변화에 따라 자석에 붙었던 것도 붙지 않을 수가 있습니다. 즉, 서로 다른 성질을 가진 두 물질 사이에는 상호작용이 존재하는데요, 이를 상전이(Phase Transition)라고 부릅니다. 하지만 초전도체는 상온에서 절대상전이가 일어나지 않기 때문에 극저온에서만 반응한다는 특징이 있습니다. 음식물을 가열하면 분자운동이 활발해져서 부피가 팽창하게 되는데요, 이때 외부자기장을 걸어주게 되면 내부자성간섭효과로 인해 자성이 사라지면서 순간적으로 전하량이 증가하게 됩니다. 이로 인해 빠른 속도로 회전하면서 빠르게 데워지게 되는 거죠. 또한 물의 끓는점 역시 100도이기 때문에 기존의 방식으로는 시간이 오래 걸리지만, 초전도체를 이용한다면 훨씬 짧은 시간 안에 요리가 가능해집니다.
일상생활에서 자주 사용하는 전자레인지에 사용된 초전도체에 대해 알아보았습니다. 전자레인지의 편리함은 과학기술의 집합체라고 할 수 있습니다. 다양한 분야에서 활용할 수 있었으면 좋겠습니다.