[칼럼] 전자레인지에 금속을 넣으면 왜 안될까?
아들이 급하게 나를 찾는다. "엄마, 이거 전자레인지에 넣어도 괜찮아?" 돌아보니 스테인리스 그릇을 들고 보여준다. "음, 금속이라 안 될 것 같은데?" 그러자 아들이 인상을 찌푸린다. 이번에는 도자기 그릇 주변에 금 테두리를 두른 걸 가리키며 물었다. "그럼 이건 금속이 아니니까 가능하지?" "도자기 그릇이기는 한데, 금박 테두리잖아. 거기서 스파크 생길 걸?"
우리는 어렸을 때부터 전자레인지를 사용할 때 금속을 넣으면 터진다고 배웠다. 그런데 가만히 생각해 보면 좀 이상하다. 대부분의 부엌 물품들이 다 금속인데, 요긴하게 쓰이는 전자레인지가 하필 금속은 안된다고? 왜 그런 걸까?
그러면 도대체 어떤 그릇에 데워야 하는 거냐는 눈빛을 한 아들 곁에서, 전자레인지용 그릇에 식은 국을 담고 데우기 위해 전자레인지에 넣었다. "금속은 왜 전자레인지에 넣으면 안되는 걸까?"라고 아들이 중얼거린다.
전자레인지는 가스레인지처럼 '열'을 전달하거나, 불을 만들어내는 기계가 아니다. 그렇다고 뜨거운 바람을 만들어 넣는 것도 아니다. 전자레인지는 약 2.45 GHz의 마이크로파(전자기파)를 발생시킨다(Parker & Vollmer, 2004).
이 눈에 보이지 않는 파동이 음식 속으로 들어가서, 물 분자를 진동시킨다. 물 분자는 한쪽이 약간 양성(+)이고, 다른 쪽이 약간 음성(–)인 성질을 가진 극성 분자다. 따라서 전자기파가 초당 수십억 번씩 방향을 바꾸면, 물 분자도 그에 맞춰 계속 방향을 틀어야 한다. 이처럼 빠른 '비틀림'이 물 분자 간의 마찰을 일으키는데, 그 마찰이 곧 열을 만들어낸다.
다시 말해서, 전자레인지는 밖에 있는 열이나 불이 음식을 달구는 게 아니라, 음식 속에 있는 물 분자를 흔들어 스스로 뜨거워지게 만드는 장치다.
'그래, 원리는 알겠어. 그런데 그게 금속은 안된다는 것과 무슨 상관인데?'
금속을 생각해 보자. 금속에는 자유 전자가 많다. 이 자유 전자들이 전자레인지에서 나온 전자기파를 만나면 물 분자처럼 그 자리에서 '진동'하는 게 아니라 표면을 따라 빠르게 이동한다. 이동한 전자들은 특히 금속의 뾰족한 부분에 모인다.
이렇게 전기장이 한 지점에 몰리면 방전이 일어나게 되는데(Shayeganrad & Mashhadi, 2009), 이것이 우리가 금속을 전자레인지에 넣으면 보게 되는 '불꽃'이다. 음식을 데우는 것이 아니라, 다 태워 없애버린다고나 할까.
그런데 자세히 전자레인지를 살펴보면 오히려 의문이 생길 것이다. 전자레인지 내부 벽은 금속이기 때문이다. 벽이 금속이라면 그건 왜 괜찮은 걸까? 사실상 전자레인지는 금속 상자와 같다.
이 상자의 금속으로 이루어진 벽은 마이크로파가 전자레인지 밖으로 새어나가지 못하게 막는 역할을 한다(2025.9.10.자 칼럼: 차가 벼락 맞으면 벌어지는 일들 참고). 그러니까 일종의 파동 거울 역할을 한다고 할 수 있다.
'어? 금속 상자라면서요? 그런데 우리가 밖에서 전자레인지 안을 들여다볼 수 있잖아요. 그거 유리같은데? 금속으로 사방이 둘러싸인 상자가 아니라고요!'
이렇게 주장할 독자가 있다면, 전자레인지 문에 있는 촘촘한 금속 망을 떠올려보라. 구멍은 우리 눈으로 안을 들여다볼 수 있을 만큼 크지만, 마이크로파의 파장(약 12cm)에 비하여 굉장히 작다.
그래서 우리가 전자레인지 안에 가두기를 원하는 파동은 밖으로 빠져나가지 못하고, 빛만 통과한다. 덕분에 우리는 촘촘하게 격자무늬로 된 금속 망 너머로 안을 들여다볼 수 있다.
눈에 보이지 않는 파동, 눈에 보이지 않는 전자의 진동과 흐름, 보이지 않는 전기장. 이런 것들이 우리가 매일 누르는 전자레인지 '30초' 버튼 뒤에 있는 물리학이다.
'전자레인지에 금속은 안돼'라는 기억은 뭔지 모르는 이유 때문에 사람을 두렵게 한다. 그러나 과학을 배워 자유 전자의 이동으로 쌓인 전기가 원인임을 알게 된다면, 세상은 한결 덜 두렵고 재미난 것들로 가득차있음을 발견하게 될 것이다.
오늘도 전자레인지 앞에 잠깜 멈춰서 생각해보자. 그러면 우리는 이미 남보다 조금 더 과학적으로 살고 있는 셈이다.
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