번개란 무엇인가? 번개가 치는 원리

번개란 무엇인가? 번개가 치는 원리

번개란 무엇인가? 번개가 치는 원리

번개가 전기 현상이라고 말씀드렸는데요. 이번에는 잠깐 구체적으로 번개가 어떻게 해서 일어나는가에 대해서 설명을 드리도록 하겠습니다. 번개를 학술적으로 말씀드린다면 '대기의 전기장에 축적된 전기에너지가 일시에 방출된 현상이다. '이런 식으로 말씀드릴 수 있는데요. 좀 어려운 이야기이고요. 그냥 개념적으로 어떤 일이 일어나는가에 대해서 말씀드리도록 하겠습니다.

번개의 개념

보통 번개는 언제 치느냐면 일단 구름이 있어야 되겠죠. 구름도 보통 흰 구름이 아니라 무시무시하게 생긴 먹구름 이런 것이 좀 있어야 되겠죠. 그리고 주로 비 오는 날에 습기가 많이 찬 날에 이럴 때 번개가 치게 됩니다. 근데 이때 구체적으로 구름에서 어떤 일이 일어나기 때문에 번개가 치는 것이냐. 그럼 이제 이런 번개가 치는 이런 구름은 어떤 일이 벌어지느냐면 중력에 의해서 가벼운 입자, 무거운 입자로 서로 분리가 되게 되는데요. 물론 가벼운 입자는 상대적으로 더 위로 올라가게 되겠고요. 무거운 입자는 아래로 내려가게 되겠죠. 물론 중력에 의해서 입자들이 다 바닥으로 떨어져야 되는데 실제 그런 일이 일어나지 않고 구름이 둥둥 떠 있죠. 그 이유는 뭐냐면 공기의 흐름에 의해서 상승기류에 의해서 구름이 형성되기 때문에 그렇습니다. 그런데 이렇게 이제 상대적으로 가벼운 입자와 무거운 입자가 분리되는 과정에서 그때 양전하를 띤 입자들, 양전하를 가지고 있는 입자들은 위로 올라가게 되고 즉, 가벼운 입자가 되는 것이죠. 그다음에 무거운 입자들은 주로 음전하를 가지게 되어가지고 밑으로 내려가게 됩니다. 왜 하필이면 가벼운 입자가 양전하이고 무거운 입자가 음전하가 되고 그리고 그것들이 분리가 되는지 그거에 대해서는 아직까지 모른다고 합니다. 설명들이 있기는 한데요. 한 가지 설명만으로 되는 건 아니고 '여러 가지 복합적으로 작용할 것이다. '이런 식으로 이야기를 하고 '구체적으로는 아직까지 잘 모르겠다. '이것이 정설로 되어있는 것 같습니다. 이걸 혹시라도 누구나 인정할 수 있게 학설로 잘 만드신다면 그러면 아마 여러분들은 과학사에 위대한 과학자로 이름을 남길 수도 있겠습니다. 그런데 이 번개가 우리한테 아주 친숙한 것이고 그래서 과학적으로 연구가 잘 되어있을 것처럼 보이지만 사실은 지금까지 잘 연구가 돼 있지 않은 것 같습니다. 왜냐하면 번개를 연구하려면 직접 가서 번개 맞으면서 연구할 수도 없는 것이고 그다음에 우리가 실험실에서 큰 규모의 번개를 재연할 수도 없는 것이고 또는 번개가 언제 칠 거라고 우리가 알고 있어 가지고 거기서 기다릴 수도 없는 것이기 때문에 이게 과학적으로 연구하기는 쉬운 건 아닌 것 같습니다. 그렇지만 어쨌든 많은 학자들의 노력으로 이 정도까지는 알게 된 것이지요. 그래서 어쨌든 우린 여기서 이 무거운 입자가 음전하를 가지고 있고 그래서 무겁기 때문에 그것들이 구름의 아래쪽에 깔려있다, 여기까지 우리가 받아들이도록 하겠습니다.

번개가 치는 원리

그럼 그런 상황이 되면 아래쪽에, 구름 아래쪽에 음전하가 쭉 깔려있으니까, 그러면 땅 쪽에서는 위쪽에 음전하들이 쭉 깔려있으니까 땅 쪽에서는 양전하들이 힘을 받아가지고 모이게 되겠죠. 땅에서 자유롭게 움직일 수 있는 그런 양전하들이 있습니다. 특히 이제 습기가 차있고 축축하면 그런 전하들이 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 땅에 상대적으로 양전하들이 많이 형성되게 됩니다. 특히 이런 전하들은 어디에 많이 모이게 되냐면 피뢰침 같이 아주 뾰족한 곳에 밀도가 높게 형성이 되는 거죠. 그래서 땅 쪽에 양전하들이 모이게 되고요. 구름 쪽에 있던 음전하들이 아주 서서히 아래쪽으로 뭔가 발을 뻗는다는 그런 것처럼 혹은 이제 우리가 실제 번개를 볼 때 여러 갈래로 나누어지잖아요. 그런 것처럼 불규칙하게 아주 서서히 눈에 아직 보이진 않지만 음전하들이 내려오면서 양전하들과 만날 준비를 하게 된다고 합니다. 그런 상태에서 항상 번개가 치는 건 아니고요. 그러다가 어느 한계를 넘어가게 되면 더 이상 마이너스와 플러스가 분리가 되지 못하고, 왜냐하면 전기력이 워낙 강하기 때문이죠, 더 이상 분리된 채 남아있지 못하고 공기를 뚫고 전하들이 서로 만나게 됩니다. 그래서 아래쪽에, 땅 쪽에 있던 양전하도 위로 약간씩 올라가고 위에 있던 음전하가 약간씩 내려가고 이런 상태에서 아직 만나진 않은 상태였는데 그런데 그 전하들이 정말 전기력이 세져가지고 더 이상 참을 수가 없다 그런 상태가 되면, 마치 7월 7석에 견우와 직녀가 만나는 것처럼, 이 공기를 뚫고 서로 다른 부호의 전하들이 만나게 되는 것이죠. 공기를 뚫고 그 전하들이 이동을 하는 과정에서 그 공기 분자들과 전하들이 충돌을 하게 되겠죠. 그러면 거기에서 아주 엄청난 빛이 발산하게 되고 그 충돌 과정에서 아주 엄청난 소리가 들리게 됩니다. 그것이 바로 번개이고 그때 들리는 소리가 천둥인 거죠. 그래서 물론 항상 번개가 치면 천둥이 치게 되는 것이고, 그리고 빛의 속도가 소리의 속도보다 훨씬 빠르기 때문에 그러니까 일단 번개가 친 다음에 천둥소리가 들리게 되는 것이죠. 그래서 이것이 바로 번개가 전기 현상이라고 하는 걸 보여주는 것입니다. 사실은 번개라고 하는 것은 꼭 구름과 땅 사이에서만 치는 건 아닙니다. 사실은 구름과 땅 사이에서 치는 번개는 전체 한 25%밖에 안 된다고 하고요. 실제로는 구름과 구름 사이에서 혹은 구름 안에서 치는 것이 더 많다고 합니다. 아까 구름에서 위쪽은 플러스, 아래쪽은 마이너스라고 했는데 그럼 사실은 당연히 구름 사이에서도, 위쪽과 아래쪽 사이에서도 전화가 서로 다른 부호이기 때문에 그것들이 다시 재결합을 할 수가 있겠죠. 그래서 그렇게 구름 사이에서도 번개가 친다. 그런데 물론 우리는 구름 사이에서 치는 번개는 눈으로 직접 잘 보기는 어려우니까 땅과 구름 사이에서만 치는 것으로 우리가 보게 되는 것이지요. 이것이 바로 번개가 치는 원리가 되겠습니다.