분자물리학기초

유전가열의 한 형태인 마이크로 웨이브 가열은 고주파 전기장을 이용하여 전기전도성이 낮은 재료에서 열을발생시키는 것으로서 이해가 되고 있다.

마이크로웨이브가열이 가능한 물체에는 물분자의 경우에서처럼 비대칭의 분자구조가 있어야 한다. 이러한 물체들의 분자들은 전기장의 방향에 (정렬하여 맞추려 하는) 전기적 쌍극 분자를 구성한다(그림 1, 오른쪽 그림). 에너지 발생을 시키는 것이 이 어떠한 방향에도 정렬하여 맞추려 하는 분극성이다. 공간충전분극성의 보완적인 메커니즘에 대한 자세한 내용에 대하여는 “분자내의 에너지 전환을 보라.

그림 1. 교류전기장의 영향을 받는 분극성을 띤 물체의 분자적 진동

교류장의 영향으로 쌍극 분자는 고주파장의 극성의 변화에 대응하여 발진을 일으킨다. 분자간 마찰로 인하여 처음 흡수되고 나서 열에너지로 전환되는 고주파에너지가 발생된다. 벤젠과 같은 대칭의 분자구조를 갖고 있는 물체는 필요한 쌍극 분자의 특징이 없기 때문에 고주파장에서는 가열이 될 수 없다. 쌍극분자와 달리 자유롭게 이동하는 이온들은 교류전기장에 의해 영향을 받을 수 있다. 이렇게 구속받지않고 움직이는 이온이 서로 충돌하면서 저항가열을 일으킨다(그림 1, 왼쪽그림).

이러한 충돌과 이어지는 열에너지로의 전환으로 인하여 고주파 에너지는 다시 흡수된다. 대체적으로 거의 독점적으로 사용하는 2.45Ghz의 주파수에서 변환된 에너지의 비율은 쌍극의 발진에 의해 생긴 비율에 비교해서는 비교적 작다. 그러나, 전해액, 염분용액, 유리와 세라믹은 고온에서 예외다. 이러한 물체들은 주파수의 감소에 따라 상당한 양의 열이 증가하고 이는 이온의 이동이 원인이 되기도 한다.