マイクロ波で水の分子を回す

電子レンジの中では、マグネトロンという部品がマイクロ波という電波を出しています。周波数は2.45GHz、つまり1秒間に24億5,000万回、プラスとマイナスの向きを行き来する（振動する）電波です。

水の分子は、片側が少しプラス、反対側が少しマイナスに偏った形をしています。このような分子に、向きが入れ替わり続ける電波を当てると、分子は電波の向きに合わせて向きを変えようとします。ところが、液体の水の中では分子どうしが押し合っているので、電波の速い入れ替わりに完全にはついていけません。電波の向きに引っぱられながら、まわりの分子とぶつかったりこすれたりするうちに、電波のエネルギーが熱に変わります。これを誘電加熱といいます。

「共鳴」ではなく「ついていけないずれ」で温まる

「共鳴」は、ブランコをちょうどよいタイミングで押すと大きく揺れるように、決まった周波数でだけ大きく反応する現象です。電子レンジの説明でこの言葉が使われるのは、「水分子だけがぴったりの周波数で揺れる」というイメージからだと思います。

しかし、液体の水が電波のエネルギーを最もよく吸収する周波数は、2.45GHzよりずっと高いところにあります。ロンドン・サウスバンク大学の水の科学の解説では、水の誘電損失（電波のエネルギーを熱に変える度合い）が最大になる周波数は約20GHzで、電子レンジの2.45GHzより高いとされています。ドイツのキール大学の材料科学の教材でも、電子レンジの2.45GHzは「損失が最大になる領域よりかなり下」だと説明されています。

電子レンジが温めているのは、ぴったりの周波数で起きる共鳴ではなく、分子が電波の向きの入れ替わりについていけないときに生まれる「ずれ」による熱だと考えると、実際の仕組みに近くなります。

水が吸収しすぎない周波数

水が最もよく吸収する周波数を使えば、いちばん効率がよさそうに思えます。ところが、吸収が強すぎると、マイクロ波は食べ物の表面ですぐに吸収されてしまい、中まで届きません。表面だけが熱くなり、中は冷たいままになります。

キール大学の教材では、損失が最大になる周波数より低い2.45GHzを使うのは意図的で、マイクロ波が水の最初の層ですべて吸収されないようにするためだと説明されています。少し吸収されにくい周波数を使うことで、マイクロ波がある程度の深さまで入り込み、食べ物全体が温まりやすくなります。

電波のルールで決められた周波数帯

もう1つの理由は、電波の使い方のルールです。電波は通信や放送に使われているので、どの周波数を何に使うかは国際的に決められています。国際電気通信連合（ITU）の無線通信規則では、通信以外の目的で電波のエネルギーを使う機器（ISM機器：産業・科学・医療用の機器）のための周波数帯がいくつか決められていて、その1つが2,400〜2,500MHz（中心周波数2,450MHz）です。電子レンジはこの周波数帯を使っています。

同じ2.4GHz帯は、Wi-Fi（無線LAN）やBluetoothにも使われています。電子レンジを使っている間、2.4GHz帯のWi-Fiがつながりにくくなることがあるのは、このためです。

「内側から温まる」わけではない

電子レンジは「食べ物を内側から温める」と説明されることもあります。上で見たとおり、マイクロ波は食べ物の表面から入り、中へ進むにつれて吸収されて弱くなっていきます。厚みのある食べ物では、マイクロ波で温まるのは表面に近い部分で、中心は、そこから伝わる熱でゆっくり温まります。

大きな塊の肉や、深い器に入れたカレーを温めると、外側は熱いのに真ん中が冷たいことがあるのはこのためです。途中でかき混ぜる、平たく広げる、少し時間を置いて熱を行き渡らせる、といった工夫が効くのも、同じ理由です。

凍ったものは温まりにくい

氷の中の水の分子は、結晶の形にがっちり固定されていて、電波に合わせて向きを変えることがほとんどできません。キール大学の教材でも、氷はマイクロ波をあまり吸収しないと説明されています。

冷凍した食べ物を温めると、一部だけが先に溶け、溶けたところだけが急に熱くなる「解凍むら」が起きます。溶けた部分は液体の水なのでマイクロ波をよく吸収し、凍ったままの部分はほとんど吸収しないためです。電子レンジの解凍モードは、出力を下げたり、止めたりをくり返して、熱が凍った部分に伝わる時間を取りながら温めています。

塩気のある食べ物は温まりやすい

同じ教材では、塩を含む食べ物は、溶けたナトリウムと塩化物のイオンが電波で動かされ、そのぶん熱が生まれるので、温まりやすいとも説明されています。おかずのほうがご飯より早く熱くなると感じることがあるのは、これが理由の1つと考えられます（脂の量や形、量によっても温まり方は変わります）。

飲み物の「突沸」

製品評価技術基盤機構（NITE）は、電子レンジで温めた飲み物が、取り出したときや、かき混ぜたときに突然激しく沸騰する突沸に注意するよう呼びかけています。電子レンジで静かに温められた液体は、沸点を超えても泡が出ずに沸騰しないことがあり、そこにスプーンを入れるなどの刺激が加わると、一気に沸騰して飛び散ります。

• 飲み物を温めるときは、加熱時間を短めにする
• カレーやシチュー、みそ汁などは、加熱する前によく混ぜ、少しずつ温める

卵と金属

殻付きの卵や、殻をむいたゆで卵は、中の水分が急に温まって水蒸気になり、破裂することがあります。NITEの注意喚起でも、ゆで卵の破裂が取り上げられています。また、金属はマイクロ波をはね返し、アルミホイルのとがった部分などで火花が出ることがあります。使える容器は、電子レンジの取扱説明書で確かめてください。