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진동
Basic Theory
실생활 공명의 예
등록일: 2014-08-29 | 조회수 : 26190

전자레인지로 음식을 데운다
음식을 데우거나 요리하는데 사용되는 전자레인지도 공명 현상을 이용한 것이다. 오븐은 공기의 온도를 높여서 음식을 익히는 반면 전자레인지는 음식물에 포함된 수분을 이용해서 음식을 익힌다. 산소와 수소로 이루어진 물 분자는 전기적으로 극성을 띠고 있는데 수소 이온 쪽은 양전하를, 산소 이온 쪽은 음전하를 띠고 있다. 이렇게 분자가 극성을 띠면 서로 다른 극성을 가진 분자와 결합하게 된다. 전자레인지는 결합된 분자에 진동수 2.45GHz인 마이크로파를 방출해 음식 속의 물 분자를 진동시킨다. 음식물 속의 물 분자가 공명 현상에 의해 맹렬히 진동하면 분자 운동으로 발생하는 열에너지가 음식물의 온도를 높이면서 데워지거나 조리된다. 이와 같이 마이크로파의 진동수와 물 분자의 진동수가 동일해서 공명을 일으키는 것이 전자레인지의 원리이다. 따라서 수분이 부족한 음식은 공명 현상을 일으킬 수 있는 물 분자가 부족하므로 전자레인지로 데우거나 조리할 수 없다.

 

라디오 주파수 맞추기
가정에 있는 라디오 또는 텔레비젼 수신기에는 코일과 축전기로 연결된 동조회로라고 하는 것이 있어 공명 현상을 일으는데 사용된다. 원하는 라디오 방송을 청취하기 위해서는 라디오 주파수를 맞추거나 텔레비젼의 채널을 바꾸는데 이것은 라디오나 텔레비전의 회로 진동수를 방송국의 전파 진동수와 일치시켜 공명을 일으키는 것이다. 이러한 공명 현상을 이용하기 위해서 각 방송국마다 고유의 주파수를 배정받아 사용한다.

 

핵 자기공명을 이용한 단층촬영
물질은 원자로 이루어져 있으며 원자는 핵과 전자들로 구성돼 있다. 원자가 자기장 속에 있으면 회전하고 있는 전자 때문에 에너지 차가 생기고 이에 비례하는 고유진동수가 결정된다. 만일 물질에 입사된 전자기파가 고유진동수와 일치하여 공명이 일어나면 전자기파는 흡수되어 높은 에너지를 갖게 된다. 이것을 핵 자기공명이라고 하는데 1964년에 발견된 이후 화학적, 의학적인 분야에 적용돼 왔다. 핵 자기공명 현상을 의학적인 분야에 응용한 장치가 자기공명 단층촬영장치인 MRI 이다. 이것은 X선을 사용하지 않고 인체의 단면 사진을 찍는 장치인데 X선 단층촬영보다 더 높은 해상도를 가질뿐 아니라 방사선을 쓰지 않고 고주파의 전자기파를 사용하므로 인체 세포에 거의 무해하다는 장점을 가지고 있다. 인체의 대부분은 물로 이루어져 있으므로 몸에 자기장을 걸어주면 몸 안에 있는 수소 원자는 공명 현상에 의해 외부의 전자기파로부터 특정 진동수의 에너지를 흡수한다. 흡수된 에너지가 다시 낮은 상태로 될 때까지의 시간은 질병을 가진 세포에 따라서 다르므로 질병에 대한 유용한 정보를 제공한다.

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