번개는 어떤 과학적원리로 만들어 지는지 궁금해요.

Question

평소 비오는 날이나 비올거같은날에 번개가 치는데요. 궁금한게 번개는 어떤 과학적 원리로 만들어지는지요? 꼭 비올때만 생성되는 이유도 궁금해요.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

번개는 기본적으로 불꽃의 방전과 비슷한 원리로 만들어집니다. 일반적으로 구름과 지표면 사이에 전기장이 형성되면, 전기장을 통해 구름과 지면 사이에 전기가 흐르게 됩니다. 이러한 전기가 지면에 닿으면, 지면의 전하와 상호작용하면서 번개가 발생합니다.

구름 안에서는 양성자와 음성자가 서로 충돌하여 전하가 발생합니다. 이러한 전하가 충분히 축적되면, 구름 안에서 전기장이 형성됩니다. 구름 안의 전기장이 커지면, 전기를 지면으로 방전시킵니다. 이때, 전기가 흐르는 동안 공기 중의 분자들이 충돌하면서 열이 발생하게 됩니다. 이 열에 의해 공기가 확장되고, 수증기가 응축되면서 우리가 알고 있는 천둥소리와 함께 번개가 발생합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

번개는 적란운이 발달하면서 구름 내부에 분리 축적된 음전하와 양전하 사이에서 일어나는 불꽃방전을 말하는데여. 그러나 대기는 전도체가 아니 기 때문에 전하를 분리하기 위하여 상당한 전위를 가져야 되는데, 양쪽 전하 중심 사이의 전위차가 수백만∼수억 볼트에 이르면 방전이 발생하게 되어 번개가 되는 것입니다

Answer 3

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

번개는 대기 중에서 발생하는 자연현상으로, 구름 내부나 구름과 지면 사이에서 일어나는 전기적인 방전입니다. 다음은 번개가 발생하는 과학적 원리에 대한 간단한 설명입니다:

1. 구름 내부의 입자 충돌: 구름은 수증기와 물방울, 얼음 결정 등의 입자로 구성되어 있습니다. 비가 내리는 날에는 구름 내부에서 입자들이 충돌하고 마찰이 발생합니다. 이러한 충돌과 마찰로 인해 입자들이 전기적으로 충전됩니다.

2. 분리된 전하: 충돌로 인해 구름 내부에서는 양의 전하와 음의 전하가 분리됩니다. 양의 전하가 구름의 상단 부분으로, 음의 전하가 구름의 하단 부분으로 모이게 됩니다. 이로 인해 구름 상단은 양성이 되고, 구름 하단은 음성이 됩니다.

3. 전하의 누적과 전하의 균형 파괴: 양의 전하가 구름 상단에 누적되고 음의 전하가 구름 하단에 누적되면, 지면 또는 다른 물체와 전하 차이가 발생합니다. 이 차이는 전기적인 균형을 맞추기 위해 전기적인 에너지를 방출하려는 성질을 가진 전기장을 형성합니다.

4. 번개의 방전: 전하 차이가 충분히 커지면 구름과 지면 사이에 전기적인 방전인 번개가 발생합니다. 번개는 거대한 전기적인 방전으로, 구름 상단의 양성 전하와 지면 또는 물체의 음성 전하 간에 전기 스파크가 일어나는 것입니다. 이 스파크가 폭발음과 함께 번개로서 관찰되는 것이며, 에너지가 방출되고 공기가 확장되는 결과로 우리가 번개 소리와 번개를 볼 수 있게 됩니다.

번개는 비올 때 주로 발생하는 이유는 구름의 충돌과 마찰이 비로 인해 증가되기 때문입니다. 더 많은 충돌과 마찰이 발생하면 구름 내부의 전하 차이가 커지고 번개가 더 자주 발생할 가능성이 있습니다. 그러나 비가 없는 날에도 충분한 대기 조건이 갖추어지면 번개가 발생할 수 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

발달한 적란운이 비나 눈을 쏟아낸다.

비가 안 오더라도 공기 중에 가득한 습기로 인해 번개가 칠 수 있다. 이를 마른뇌전(마른 하늘에 날벼락, 청천벽력; a bolt from the blue)이라고도 부른다.

빗방울이 상승기류로 인해 파열되고, 파열된 빗방울은 양전하를 띠게 된다. 양전하는 주변 공기를 들뜨게 만들어 음전하를 띠는 플라즈마 상태로 만든다. 빗방울이 아래로 떨어지며 파열하기 때문에, 이 음전하를 띠는 공기도 지상으로 퍼져간다. 이렇게 형성된 대량의 양전하와 음전하가 전자를 주고받으며 대량의 전기를 만든다.

이 전기로부터 전자기파(가시광선)가 뿜어지는데, 이것이 우리가 눈으로 보게 되는 번개다.

이 전기로 인해 주변 공기가 순식간에 뜨거워지며 팽창(폭발)하는데, 이때 들리는 폭발 소리가 바로 천둥이다.

그리고 하늘에서 지상으로 전자가 내리꽂힌 뒤에 꽂힌 길을 따라 지상에 있던 양전하를 띈 입자[2]가 구름으로 치고 올라가는 되돌이 뇌격(Return Stroke)이 일어난다. 되돌이 뇌격은 번개가 내려오고 1/1000초 만에 일어나기에 연속적인 섬광으로 보이게 된다.

강력한 비구름 그 자체보다도 그 강력한 비구름의 폭이 좁을때 빈번하게 발생한다. 혈기 왕성한 사람을 좁은 곳에 가둬두면 싸움이 잘 일어나는것과 비슷한 원리이기도 하다.