고전 역학 이론 중에 law of equipartition이라는 법칙이 있습니다. <div><br><div>이 법칙을 쉽게 한 분자 시스템에 대해서 적용시킨다면, </div> <div>분자의 열역학적 에너지는 </div> <div>1. 온도 = 병진 운동 에너지 (translational energy)</div> <div>2. 회전 운동 에너지 (rotational energy)</div> <div>3. 진동 운동 에너지(vibrational energy)</div> <div><br></div> <div>의 세 가지 형태로 고르게 분산이 된다는 법칙입니다. 분자에 따라서 각각 운동에 대해서 자유도의 차이가 있긴 하지만 이는 생략하도록 하겠습니다.</div></div> <div><br></div> <div>이 법칙이 시사하는 바가 무엇이냐면, 물의 온도를 어떠한 방식으로 올리건 상관이 없다는 것입니다.</div> <div><br></div> <div>전자레인지를 사용해서 물을 가열하는 것은, 2.의 회전 운동 에너지를 증가시키는 방식입니다. </div> <div>전자레인지에서 나오는 전자파는 물 분자들의 회전 운동을 빠르게 하는 효과가 있지요. Rotational excitation을 시킨다고 표현하기도 합니다.</div> <div>이 증가된 회전 운동 에너지는 위에서 언급한 법칙에 따라 아주 조금의 시간이 흐르면 1.의 병진 운동 에너지, 2.의 회전 운동 에너지, 그리고 3.의 진동 운동 에너지로 고르게 나누어 집니다. 이 과정에서 온도가 올라가게 되지요.</div> <div><br></div> <div>보통 우리가 사용하는 가스레인지를 사용한 가열은, 분자 간의 충돌을 이용한 가열이라고 보시면 될 것 같습니다. </div> <div>기체의 연소 과정에서 생성되는 고 에너지 기체 분자들이 충돌을 통해서 물을 담고 있는 용기를 가열하고, 이 용기를 구성하고 있는 분자들의 진동 에너지가 증가합니다. </div> <div>그리고 이 용기를 구성하고 있는 분자들과 안에 담겨 있는 물 분자들 사이의 충돌로 에너지가 전달 되겠네요.</div> <div><br></div> <div>이 경우 1, 2, 3의 에너지 모두 충돌로 인해서 증가할 수 있으나, 주로 1.의 병진운동 에너지, 그리고 3.의 진동 운동 에너지 형태로 물 분자에 에너지가 전달이 됩니다. 하지만 이 경우에도 어떠한 형태로 에너지가 전달되었으냐와는 관계 없이, 증가된 병진 운동 에너지와 진동 운동 에너지는 아주 조금의 시간이 흐르면 1, 2, 그리고 3의 형태로 동일하게 분산이 됩니다.</div> <div><br></div> <div>결론으로, 물의 온도를 전자기파 (전자레인지를 쓰건 IR을 쓰건)를 사용해서 올리건, 분자 간의 충돌로 올리건 (용기 안에 있는 물의 가열) 아주 조금의 시간이 흐르면 완벽하게 동일한 상태의 물이 된다 이것이지요.</div> <div>이 아주 조금의 시간은 길게 잡아도  수 밀리초 (10^-3~10^-2 초 정도) 정도입니다.</div> <div><br></div> <div>전자 레인지를 이용한 물의 가열이 몸에 해로우려면, rotational excitation된 물 분자가 서로 충돌하여 몸에 유해한 새로운 species를 형성하는 수 밖에 없습니다. 하지만 물 분자들 끼리 아무리 들뜸 시키고 충돌 시켜도 유해한 분자가 생성되기는 힘들어 보이네요. </div> <div><br></div> <div><br></div>