전자기 유도 원리로 열을 발생하는 자기 유도 조리기구의 원리

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전기를 이용한 스토브는 불꽃이 없고 열만 발생한다. 최근 전자기 유도 원리를 이용한 조리기구가 식당과 가정에 빠르게 보급되고 있다. 가정에서 흔히 사용하는 가스 레이지(가스 버너)와 달리 전기 에너지를 이용하여 열을 발생하는 방법에는 크게 3가지가 있다.

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1) 니크롬선 화로 - 니크롬선이 깔린 전열판을 이용하는 전통적인 전기화로는 전기 저항이 열로 변한 에너지를 이용한다.

 

2) 전자레인지(microwave oven) – 파장이 짧은 전자기파(마이크로웨이브)를 음식(물 및 기름 성분)에 방사하면, 전자기파의 에너지가 물 또는 기름 분자를 강하게 진동시켜 열에너지로 변하게 한다. 물 분자가 뜨거워지면 음식 전체가 가열된다. 전자레인지는 1960년대에 발명되어 1980년대부터 널리 보급되기 시작했다.

 

3) 전자기 유도 스토브(induction stove) – 전자기력이 철이나 강철에 작용하여 열에너지가 발생하도록 만든 조리용 스토브이다. 인덕션 조리기, 하이라이트 조리기 등으로 불리기도 한다.

 

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전자기 유도란?

쇠못 주변에 구리 전선을 감고 그 구리 코일에 전류를 통하면 쇠못이 전자석으로 변한다. 이것은 전류의 에너지가 자기 에너지(자력)로 변한 것이다. 반대로 전선을 감은 코일 속으로 자석을 넣으면 코일에 전류가 흐른다. 이처럼 전류가 자력(자기)으로, 자기가 전류로 바뀌는 것을 전자기 유도(electromagnetic induction)라 한다.

 

 

 

 

전자기 유도에 대한 초기 연구는 영국의 패러데이(Michael Faraday 1791-1867), 스코틀랜드의 맥스웰(James Clerk Maxwell 1831-1879), 미국의 헨리(Joseph Henry 1797-1878) 등에 의해 시작되었다.

 

전자기 유도로 열이 발생하는 원리

아래의 그림을 보자. 전자기 유도 스토브의 구조를 보면, 세라믹으로 만든 식탁(요리 테이블)의 불판 아래에 전자기를 발생하는 구리선으로 만든 코일이 있다. 이 코일에 교류 전기를 공급하면, 코일에서는 자기가 발생하기 때문에 식탁의 불판은 전혀 뜨겁지 않다. 그런데 불판 위에 얹는 냄비(또는 프라이팬)의 바닥 내부에는 철 또는 강철로 제작한 강자성 금속(ferromagnetic metal)이 놓여 있다.

 

 

 

 

전자기 유도 가열 방법(the induction heating process)의 원리를 설명한다. cooking pan: 조리 냄비, induced electric currents heat the pan: 유도 전류가 냄비를 가열, ceramic top plate: 세라믹 식탁, a.c.magnetic flux coil with high frequency current: 고주파 교류로 자력장(자속)을 발생하는 코일

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위 그림에서 알 수 있듯이 전자기 유도 스토브에서 사용하는 냄비나 프라이팬은 바닥에 전자기 유도 금속(철)이 깔려 있어야 한다.

 

 

 

 

전자기 유도 스토브의 식탁 아래에 설치된 유도 코일(induction coil)의 모습이다. 이 코일에 전류가 흐르면 강한 자기장이 형성되어 세라믹 식탁(불판) 위에 놓인 냄비의 철판만 뜨거워지게 한다. 코일에서 발생하는 약간의 열은 냉각팬(cooling fan)을 통해 외부로 빠져나간다.

 

 

요리를 할 때는 전자기 유도 코일이 설치된 테이블의 불판 위에(중심 표시가 있음) 음식이 담긴 냄비(요리판)를 올려놓고 스토브의 스위치를 켠다. 그러면 식탁 아래의 코일에 전자기가 형성된다. 이때 발생한 전자기는 세라믹 탁자를 투과하여 냄비 바닥에 깔린 철판에서 열 에너지로 변한다.

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이때 냄비의 철판에서 열이 발생하는 이유는, 전자기장이 철판을 구성하는 분자들을 진동시켜 그 진동이 열에너지로 변했기 때문이다. 전자기 유도로 철판에서 발생한 열은 냄비에 담긴 물과 음식의 온도를 높인다.

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전자기 유도 스토브의 온도 조절

전자기 유도 스토브는 대개 1,200-3,700와트(W)의 전력이 나온다. 유도 스토브에서는 열이 빨리 발생하므로 요리 시간이 단축된다. 음식이 충분히 요리되면 간단하게 만든 무선 조절기로 전류를 가감하여 보온 또는 가온이 되도록 한다.

 

 

유도 스토브는 발생 에너지가 주변으로 흩어지는 양이 적고 음식으로 집중하기 때문에 종전의 다른 전기스토브보다 에너지 효율이 높다. 또한 온도 조절이 간편하고 요리 시간도 단축된다. 오늘날 전자기 유도 스토브를 생산하는 회사에서는 무선 온도 조절장치를 편리하게 제작하고 있다.

 

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전자기 유도 스토브의 다른 장점 하나는 세라믹 식탁의 불판이 뜨거워지지 않는다는 것이다. 그리고 스토브 위에서 냄비를 들어내면 즉시 저절로 스위치가 꺼지도록 만들고 있다. 요리와 식사가 끝나고 식탁을 청소할 때는 열이 없는 평평한 식탁뿐이므로 뒤처리가 간단하다. 식탁과 냄비 사이에 놓는 얇은 깔판은 냄비가 불판에서 미끄러지지 않도록 한다.

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전자기 유도 스토브에서는 지정된 냄비나 프라이팬만 사용해야 한다. 처음 설치할 때 비용이 많이 들기 때문에 구입할 때는 여러 회사 제품의 특성을 잘 살펴 선택해야 할 것이다. 전자기 유도의 원리를 이용하여 편리하게 사용하는 제품 중에는 스마트폰의 무선충전기가 있다.- YS

 

 

 

전자가 에너지를 흡수한 여기 현상(excitation)