주제 : Microwave를 사용한 식품 가공이 인체에 미치는 영향제목 : Microwave를 이용하는 전자레인지, 인체에 미치는 영향에 관한 괴담과 진실서론Microwave란 사전적 의미로는 주파수가 매우 높은 전자파를 뜻한다. 실생활에서 Microwave를 사용한 제품을 찾을 수 있는데, 대표적으로 전자레인지가 있다. 전자레인지는 미국의 공학자인 퍼시 스펜서가 우연한 발견과 끊임없는 노력의 결과물로써 발명되었다. 퍼시 스펜서는 레이더 장비를 연구하던 중, 레이더기계 중 하나인 마그네트론이 작동중이던 실험실에 있던 초콜릿 바가 녹은 것을 우연히 발견하고 초콜릿 바가 녹은 이유와 마이크로파와의 상관관계를 밝히기 위해 연구를 진행하여 마침내 전자레인지를 발명하였다.전자레인지가 음식을 조리하는 원리는 물분자의 특성을 살펴보면 알수있는데, 물은 극성을 띄고 있는데 그러한 성질을 이용하여 전자레인지는 음식을 조리하는데, 물분자 각각은 상대적으로 양전하를 띄고 음전하를 띈다. 이 물분자들은 평소에는 불규칙적으로 배열되있다. 이때 전기장을 걸어주면 양전하를 띤 부분은 음극으로, 음전하를 띤 부분은 양극쪽으로 배열된다. 그리고 전기장의 방향이 바뀌면 또다시 반대방향으로 배열된다. 위에서 설명하였듯이 Microwave란 주파수가 매우 높은 전자파인데, 주파수가 높다는 것은 간단히 설명하면 전기장의 방향이 바뀌는 빈도가 높다는 것을 의미한다.이러한 Microwave를 이용하여 전자레인지는 1초에 수십억번 전기장의 방향을 바꾼다. 전기장의 방향을 바꾸면 물분자들이 회전하게 되고 이 운동이 주위의 물분자에 급속도로 전달되어 식품 전체가 신속하게 가열되는 것이다. 가열이란 온도를 높이는 것이고 온도란 분자들이 얼마나 활발하게 움직이고 있는 지의 정도를 나타낸 것이다. 따라서 물질의 온도를 높이려면 분자들이 활발하게 운동하도록 해주면 된다. 전기장의 방향을 빠른 속도로 바꾸어 주면 물 분자는 빠른 속도로 회전 운동할 것이고 이 운동속도는 주위의 또 다른 물 분자와 충돌하는 식으로 물 분자의 운동에너지가 빠른 속도로 주위의 물 분자로 전달된다. 그 때문에 음식물은 빠른 속도로 가열되는 데 이것이 전자레인지의 가열 원리이다. 이러한 전자레인지의 가열원리는 과거에 쓰였던 외부에서 열을 가열하여 음식을 조리하는것과 달리 음식 내부에서 발열을 하므로 과거에 쓰였던 방식에서 음식 표면이 타는 일이 없이 골고루 익혀준다. 전자레인지가 이토록 편리한 도구임에도 전자레인지 발명 이래로 전자레인지의 Microwave가 인체에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되어왔고, 일각에서 전자레인지의 Microwave가 인체에 심각한 악영향을 끼치고 있다고 주장해오고 있다.본론Microwave를 사용한 식품 가공, 즉 전자레인지를 사용한 식품조리가 인체에 미치는 영향에 관한 글을 찾아보았는데, 다음과 같다.1. Micro-waved diets cause digestive disturbances.2. The human body cannot metabolize unknown by-products created in micro-waved food.3. The effects of micro-waved food by-products are permanent within the human body.4. Male and female hormone production is shut down and/or altered by continually eating micro-waved foods.5. Minerals, vitamins and nutrients of all micro-waved food are reduced so that the human body gets little or no benefit, or the human body absorbs altered compounds that cannot be broken down for utilization.6. The nutrients in vegetables cooked in a microwave oven are altered into cancerous free radicals.7. Micro-waved foods cause stomach and intestinal cancers and may be a primary contributor to the rapidly increased rate of colon cancer in the U.S.8. The prolonged eating of micro-waved foods causes cancerous cells to increase in human blood.9. Continual ingestion of micro-waved food causes immune system deficiencies through lymph gland and blood serum alterations.10. Continually eating food processed in a microwave oven can produce virtually irreversible damage to the body’s nervous system by “shorting out” electrical impulses in the brain and nerve centers. This can result in the loss of memory, lack of concentration, emotional instability and decreased intelligence.위 내용을 대략적으로 살펴보면 “전자레인지로 인해 분자구조가 왜곡된 음식이 소화불량, 뇌기능파괴, 호르몬 분비이상, 암유발 등의 부작용을 일으킨다” 정도의 내용으로 위에는 없지만 “전자레인지에 끓였다 식힌 물을 식물에 주면 열흘이 안되어서 식물이 죽었다” 라는 연구결과가 있다는 내용도 심심찮게 볼 수 있다. 하지만 위 내용은 모두 사실이 아님이 증명이 되었다. 즉, 단순한 루머에 불과한 것이다.이러한 괴담이 어디서부터 시작되었을까? 일단 가장 유력한 설은 스위스의 식품화학자 한스 허텔이 시작했다. 1980년대 후반에 한스 허텔과 일곱 명의 동료 채식주의자들이 호텔방에 2개월 동안 틀어박혀서 우유와 채소만 먹었는데 전자레인지로 데운 우유를 먹은 사람들에게서 ‘암스러운 상태의 초기에 나타날 수 있는 병리학적 초기단계 증상’이 발견되었다는 것이다. 물론 이 결과는 어디에도 논문이 되어 실리지도 못했고 다른 사람에 의해 지현성이 검증되지도 않았다. 허텔이 뭘 측정했고 어떻게 측정했는지도 모른다. 그런데 그 다음에 월리엄 코프라는 미국 연구자가 나타나서 한스 허텔을 부활시킨다. 이 사람은 식품화학자도 아니고 그냥 연구자다. 그는 소련이 마이크로파의 위험성을 알았다는 이야기를 퍼뜨린다. 또 그가 발표하기를 ‘마이크로파로 조리된 음식을 섭취한 사람들은 통계적으로 위와 장의 암 발생이 더 높았다. 그리고 일반적인 peripheral cellular tissues의 퇴화와 소화 및 배설 기능의 점차적인 파괴를 나타내었다.’ 라고 했다. 하지만 그가 주장한 소련의 연구결과라는 것도 발표된 적이 없고 현재 그 연구소는 존재하지도 않는다. 문제는 이들의 말이 아무런 검증 없이 급속도로 인터넷에 퍼져버렸다는 것이다.“전자레인지로 식품을 가열하면 분자구조가 파괴, 왜곡 될것이다.” 라는 의식에서 비롯된 루머는 실제로 전자파는 수분을 진동시켜 열을 가하는 역할만 한다. 물론 Microwave를 사용하여 조리하였을 때 영양소가 파괴되는 경우는 존재한다. 하지만 그러한 경우는 Microwave를 사용하였을때에 국한된 것이 아닌 “열”을 가했을 때 영양소가 파괴되는것이므로 Microwave만의 문제는 아니고 익힌 음식에 관한 문제이다. 또한 일각에서는 “전자레인지가 음식을 하는데 필요한 시간을 줄이기 때문에 전자레인지로 음식을 하는 게 더 건강하다고 볼 수 있게 해준다” 라고 하는데 그 근거로써 전자레인지가 음식을 하는데 필요한 시간을 줄이기 때문에 전자레인지로 음식을 하는 것이 다른 방식으로 느린속도로 음식을 하는것보다 영양소 파괴가 적기 때문이다. 실제로 연구하였는데 브로콜리를 전자레인지에 돌려서 요리를 했을 때 브로콜리는 74%보다 많은 페놀화합물을 잃었고 반면에 끓인 물에서의 브로콜리는 66%의 페놀화합물을 잃었다. 이런 연구결과를 바탕으로 위 내용은 어느정도 타당성이 있음을 입증되었다고 할 수 있다.“전자레인지에 끓였다 식힌 물을 식물에 주면 열흘이 안되어서 식물이 죽었다” 라고 일각에서 말하지만 실제로 국내 한 케이블채널에서 실험한 결과 보통 물과 크게 다를바없는 결과를 보여주어, 위 내용이 터무니없는 내용임을 실험으로써 증명하였다.이러한 괴담에 대해서 식품의약품안전청은 ‘전자레인지 사용할 때 분자 구조가 바뀌고 건강에 유해하다는 것은 사실이 아니며, 음식을 올바른 용기에 담아 사용하면 안전하다’고 밝히며 일각에서 떠도는 괴담은 근거가 없다고 일축하였다. 다만, Microwave 자체가 인체에 미치는 영향은 치명적이며, 음식물을 Microwave를 이용하여 조리할 때 사용하는 용기가 인체에 미치는 영향은 크는 것은 명백한 사실이다. 즉, Microwave를 사용하여 음식을 조리하였을 때, 음식 자체로는 인체에 무해하지만 외부 다른요인(전자레인지의 구조, 가열방법 등..)으로 인체에 유해할수있다는 것이다.
실험1 예비보고서 - 부궤환 회로1. 실험목적(1) 연산 증폭기의 이득에 영향을 미치는 부궤환 루프의 영향 이해(2) 반전 증폭기와 비반전 증폭기의 사용법 이해 및 숙지(3) 위상각을 통한 입력과 출력의 차이를 가지고 증폭기가 올바르게 동작하고 있는지 확인한다.2. 실험이론●연산증폭기- 일종의 차등 증폭기로써 연산증폭기는 연산에 사용될 수 있다.- 출력단으로부터 입력단에 부궤환을 걸어 응답특성을 외부에서 조절가능하게 한 직결합된 차동선형 증폭기로서 매우 높은 이득을 갖는다.- 광범위하게 사용되며 가감산, 적분, 상수곱하기와 같은 수학적 연산기능이 가능하다.- 비디오나 오디오에서 증폭기 그리고 발진기 등 통신분야에서 많이 사용한다.- 연산 증폭기는 IC로 제조가 가능하다.- 연산증폭기의 외부회로에 붙은 몇 가지 소자를 바꿈으로써 여러 가지 선형 또는 비선형 동작을 안정시킬 수 있다._Input Output+●연산증폭기의 회로기호-차동증폭기처럼 2개의 입력을 가진다.- (+)로 표시된 입력은 비반전 입력단이라고 하며 비반전 입력단에 인가된 신호의 출력은 입력과 동일한 위상차를 갖는다.- (-)로 표시된 입력은 반전 입력단이라고 하며 반전 입력단에 인가된 신호의 출력은 입력과 180°의 위상차를 갖는다.- 연산증폭기 자체에 내장된 회로가 복잡하기 때문에 그림에 보여진 회로기호로 표시하는게 일반적이다.- 연산증폭기의 출력의 한단은 교류적으로 보면 접지되어 있다. 이것은 DC 전원단자가 역할을 한다. 회로 기호에는 생략된다.●이상적인 연산 증폭기이상적인 연산 증폭기는 다음 조건을 만족한다.전압이득이 무한이어야한다. Av = ∞입력저항이 무한이어야한다 Rin = ∞출력저항이 무한이어야한다. Rout = ∞대역폭이 무한이어야한다 B = ∞오프셋 전압과 전류가 0이어야한다.파라미터의 변동이 온도에 영향을 받지 않아야한다.●부궤환 증폭기(Negative feedback amplifier)- 출력은 증폭기에 부궤환을 제공하기 위해 연산증폭기의 입력단에 궤환되어 있다.- 입력신호는 반전 입력단에 가해지며 출력은 반전되어 나타난다.- 비반전 증폭기로서 입력신호는 비반전 입력단에 가해지고 궤환신호는 반전 입력단에 인가된다.증폭기출력V _{out} =- {R _{F}} over {R _{R}} TIMES V _{ i n }이득R_{ F} / R _{ R}비반전 증폭기출력V _{out} =(1+ {R _{F}} over {R _{R}} ) TIMES V _{ i n }이득(1+R _{F} /R _{R} )- 증폭기의 -부호는 출력과 입력이 반전되어 있음을 나타낸다.- 출력전압은 궤환저항 R_{ F} / R _{ R}의 비에 비례한다.R_{ F} / R _{ R}1비반전 증폭기(항상 이득이 1보다 크다.)●연산증폭기를 사용한 가산기V _{0} =-( {R _{F}} over {R _{R}} TIMES V _{1} + {R _{F}} over {R _{R}} TIMES V _{2} ), 만약 저항 R _{F} =R _{1} =R _{2}이면, 출력전압은 V _{0} =-(V _{1} +V _{2} ), 즉 출력전압은 입력전압의 합으로 표현된다.3. 실험기기(1) 전원 : ±15V(2) 저주파 함수발진기(3) 오실로스코프(4) 저항 : 10K OMEGA (2개),`2K OMEGA ,`3.3K OMEGA ,`5.1K OMEGA ,`20K OMEGA ,`30K OMEGA ``각`1개(5) 연산증폭기 : 741C4. 실험 방법1) 연산 증폭기(1) 그림 1-6의 회로를 구성한다. (R _{F} =R _{R} =10K OMEGA ) 스위치 S _{1}과 S _{2}는 단락상태에서 입력전압 1V, 입력주파수를 1KH _{Z}로 조정한다.(2) 스위치 S _{1}과 S _{2}를 닫은 후 저주파 함수발진기로 왜곡이 생기지 않는 범위까지 입력 전압을 증가시킨 후 표 1-1에 지시된 형태로 측정하여 기록한다.(3) 표 1-1에 지시된 저항 R _{R}값을 변화시키면서 표를 환성한다.시뮬레이션R _{F} =R _{R} =10K OMEGA 일때,R _{F} =10K OMEGA ,`R _{R} =10K OMEGA ,``5.1K OMEGA ,``3.3K OMEGA 일때,R _{F} =10K OMEGA ,`R _{R} =2K OMEGA ,``20K OMEGA ,``30K OMEGA 일때,표 1-1 반전 연산 증폭기의 이득[예상결과표]R _{F} [ OMEGA ]R _{R} [ OMEGA ]V _{P-P} [V]GainV _{out} /V _{i n}Phase[°]outputinput10,00010,0002.012.0111805,1004.122.002.061803,3006.202.003.11802,00011.982.025.93018020,0001.112.010.552218030,0000.652.020.321781802) 비반전 연산증폭기(1) 그림 1-7의 회로를 구성한다.(입력전압: Vin=9V _{p-p}, 입력주파수:1KH _{ Z})
실험2 예비보고서 - 전류-전압 변환회로1. 목적(1) 전압-전류 변환기, 전류-전압 변환기, 전류 증폭기에 대한 이해(2) 전류-전압 변환기, 전압-전류 변환기, 전류 증폭기 그리고 실험 1에서의 증폭기의 특성까지 해서 증폭기의 특성에 대해 이해한다.2. 이론- 비반전 연산증폭기 회로에는 각기 다른 입력과 출력 임피던스를 갖는 기본 4가지 비반전 회로가 있다.●전압 증폭기- 비반전 연산 증폭기- 안정된 전압이득, 고입력, 저출력 임피던스를 갖는다.- 이 회로는 완전한 전압증폭기로 동작하고 이상적으로 아래식으로 표현된다.{V _{out}} over {V _{in}} = {R _{2}} over {R _{1}} +1, Z _{i n}= INF, Z _{out}= 0- 이상적인 전압증폭기에서 이득은 일정, 입력 임피던스는 무한하다.- 0출력 임피던스는 증폭기가 전압 이득의 감소 없이 작은 저항 부하를 가동할 수 있다는 것을 의미한다.●전압-전류 변환기- 또 다른 궤환회로- 궤환전압이 입력전압과 반대 위상이기 때문에 부궤환임에 주의.I _{out} = {V _{i n}} over {R}, Z _{i n}= INF, Z _{out}= inf- 완전한 전압-전류 변환기에서, 출력전류는 입력전압과 R값에 의존.- 무한 입력 임피던스의 의미는 이 변환기가 구동하는 회로가 무부하라는 뜻이다.- 또한 무한 출력 임피던스를 갖는 이 회로는 전류원처럼 동작한다.- 내부 임피던스가 고 임피던스이기 때문에 전압전류 변환기를 이용해 전자 전압계를 만들 수 있다.- 전압이 측정되는 동안 이 회로는 안정하다.●전류-전압 변환기- 부궤환의 3번째 형태- 이상적인 전류-전압 변환기로 동작하는 이 회로는 아래식으로 설명 된다.V_{ out}=-R TIMESI _{ i n}, Z _{i n}= 0Z _{out}= 0- 이상적인 전류-전압 변환기에서, 출력 전압은 입력전류와 R값에 의존한다.- 0 입력 임피던스로, 이 변환기가 완전한 전류 패스처럼 보인다.- 0 출력 임피던스로, 출력전압은 입력전류에 비례한다.- 전류-전압 변환기를 이용해 전자 전류계를 만들 수 있다.- 이런 형태의 전류계의 장점은 극저입력 임피던스라는 것으로 전류계가 직력로 연결되어 있다는 것으로부터 전류가 측정되는 동안 이 회로는 안정하다.●전류 증폭기부궤환의 4번째 형태- 아래 식으로 표현되는 회로는 완전한 전류 증폭기로 동작한다.{I _{out}} over {I _{i n}} =-(1+ {R _{2}} over {R _{1}} ) Z _{i n } = 0 Z _{out}= INF- 완전한 전류 증폭기는 전류 이득을 갖는다.- 그것을 구동하는 회로가 안정하므로 0입력 임피던스를 갖는다.- 무한 출력임피던시이면 출력전류는 입력전류에 직접 비례한다.3. 실험기기(1) 전원 : ±15V(2) VOM - 2개(3) 저항 : 1K OMEGA ,`10K OMEGA ````-``각`2개(4) 가변저항 : 1K OMEGA(5) 연산증폭기 : 741C4. 실험방법1) 전압-전류 변환기(1) 그림 2-5의 회로를 연결하라.(2) 입력 전압이 1V가 되도록 가변저항을 조정하라.(3) 출력 전류를 읽어 표1에 그 값을 기록하라.(4) 나머지 입력 전압에 대해서 과정을 반복하라.V _{i n} [V]I_{ out}[mA]11.0006mA44.0499mA65.9999mA87.9999mA●{V}_{IN}over{R}={I}_{out}이고 V _{i.n} =I _{out} *1000으로 나올 것임을 예상할 수 있다.2) 전류-전압 변환기(1) 그림 2-6의 회로를 연결하라.(2) 입력 전류가 0.1mA가 되도록 가변저항을 조정하라.(3) 출력 전압을 읽어 표 2-2에 그 값을 기록하라.(4) 입력 전류를 변화시키며 과정을 반복하여라.
실험3 예비보고서1.실험목적-미분기와 적분기의 동작을 이해한다.2.실험이론●미분기와 적분기의 기본원리●미분기-입력단에 들어가는 신호는 전부R _{1}를 통해 출력단으로 나간다. 그러므로 C { dVi} over {dt }={0-Vo} over {R1} Vo=-R1C { dVi} over {dt }공식이 성립이 된다.-입력이 {1} over {2 pi R _{s} C}보다 낮은 주파수에서만 미분기로 작용한다.-이보다 높은 주파수에서는 다음의 전압 이득을 갖는 반전 증폭기가 된다.{V _{o}} over {V _{{} _{i}}} =- {R _{F}} over {R _{S}}-미분회로는 높은 주파수를 강화하는 현상을 가지고 있다.-회로에 쉽게 유도되는 높은 주파수의 잡음 신호를 강화하므로 사용을 기피하게 된다.●적분기-미분기의 회로에서 R과 C를 바꾼 회로.-V _{i} (t)가 Op-amp 의 (+)쪽이 Ground 이므로, V _{i} (t)는 전부 R1에 걸리게 된다. 그러므로 i(t)= {v _{I} (t)} over {R}가 되고 이는 모두 C를 통해 흐른다.-따라서 다음과 같은 공식이 성립이 된다. V _{0} =- {1} over {R _{i} C} int _{0} ^{t} {V _{i} dt}-저항 Rs를 적분기의 C에 병렬로 연결한 회로인데, 여기서 저항 Rs는 직류에서 귀환 루프를 폐쇄하고 적분기에 - {Rs} over {Ri}의 유한 전류이득을 제공한다.-{V _{o}} over {V _{i}} =- {R _{s}} over {R _{1}}3. 실험기기(1) 오실로스코프(2) 신호 발생기(3) 직류 전원 장치(±5V,`±15V)(4) OP-AMP 741C(5) 저항 : 2.2K OMEGA ,`10K OMEGA TIMES 2개`,`22K OMEGA ,`100K OMEGA(6) 콘덴서 : 0.0039 mu F,``0.0022 mu F4. 실험방법1) 미분기(1) 아래 그림 3-5의 회로를 연결하라.(2) 입력 삼각파의 V _{p-p}전압을 1V, 주파수를 400Hz로 고정하고 출력을 측정하여 그파형을 그린다.(3) 출력 파형의 ±V _{p-p}를 측정하여 기록한다.(4) 출력 파형의 전압이 -인 주기와 +인 주기를 측정하여 기록하여라.시뮬레이션V _{i`n`(p-p)} `=`` 1VV _{out`(p-p)} `=``133.736mV출력 파형의 전압이 -인 주기와 +인 주기= 2.5ms●두 파형간의 위상차는 90도임을 SPICE를 통해 알 수 있다. 입력전압의 V _{p-p}는 약 1V이며, 주기는 {1} over {400}=2.5(ms)이다. 그리고 출력전압의 V _{p-p}=133mV이다.●Op-Amp의 (+)부분은 GND이다. 그러므로 (-)부분과 이어져있는 노드에 0V가 걸리고 전류는 전부 Rf부분으로 흐르게된다. 그러므로 키르히호프 법칙을 적용하면{V}_{i}{}={}I{R}_{S}+{V}_{C}, {V}_{o}{}={}-I{R}_{F}가 성립이 되므로, 전류는 I{}={}C{dV}_{c}over{{d}{t}}이고 {V}_{C}{}={} {1}over{C}INT I{}dt가 되고 위 식들을 대입하면 최종적으로 {V}_{i}{}={}-{R}_{S}over{R}_{F}{V}_{o}{}-{} {1}over{C{R}_{F}}INT {}{V}_{o}{}dt의 식을 얻을 수 있다. 그러므로 SPICE에서처럼 전압을 주면 시뮬레이션 같은 미분기회로의 결과를 얻게된다.2) 적분기(1) 아래 그림 3-6의 회로를 연결하라.(2) 입력 구형파의 V _{p-p}전압을 10V로(최대 +5V, 최소 -5V)하고, 주파수를 10Hz로 놓아 출력을 측정하여 그 파형을 그린다.(3) 출력 파형의 ±V _{p-p}를 측정하여 기록한다.(4) 입력신호의 주기와 출력 신호의 주기를 기록하라.(mu s)시뮬레이션V _{i`n`(p-p)} `=`` 10VV _{out`(p-p)} `=``9.7V출력 파형의 전압이 -인 주기와 +인 주기= 0.1ms = 100us●미분기와 마찬가지로 위상차는 90도이다. 입력전압의 V _{p-p}는 10V이고 출력전압의 V _{p-p}는 9.7V임을 알 수 있고, 주기는 100us임을 알 수 있다.●1k의 저항에 흐르는 전류는 I{}={}{{V}_{i}}over{R}_{1}이고, 캐패시터에 흐르는 전류는 I_1={}-{}{C}{dV}_{o}over{dt}