자연현상 중 하나인 낙뢰는 왜 발생하는 것일까요?
간혹 낙뢰를 맞아 감전사고로 인해 사망하거나 부상당한 뉴스를 접하게 되는데요
이토록 위험한 낙뢰는 왜 발생하는 것일까요?
낙뢰의 과학적 원리와 사고예방법에 대해 알려주세요.
안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.
낙뢰는 구름과 지면 사이에서 발생하는 전기 방전 현상입니다. 구름 속의 물방울과 얼음 알갱이가 충돌하면서 전기를 띠게 되고, 이 전기가 지면으로 방전되면서 낙뢰가 발생합니다. 낙뢰는 매우 강한 전기 방전 현상이며, 순간적으로 엄청난 양의 전기가 방출됩니다. 이 때문에 낙뢰가 발생하면 주변의 공기가 갑자기 뜨거워지면서 공기 중의 수증기가 수증기 폭발을 일으킵니다. 이 수증기 폭발이 낙뢰의 굉음을 만들어냅니다. 낙뢰는 매우 위험한 자연 현상입니다. 낙뢰가 발생하면 주변의 건물이나 나무에 불이 붙을 수 있고, 사람에게도 심각한 부상을 입힐 수 있습니다. 따라서 낙뢰가 치는 날에는 외출을 삼가고, 낙뢰가 치면 건물 안으로 들어가서 안전한 곳에서 기다리는 것이 좋습니다.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
낙뢰는 구름과 땅 사이에서 발생하는 방전 현상입니다. 구름 내부에는 양전하와 음전하가 분리되어 있는데, 이때 양전하가 구름 위쪽에, 음전하가 구름 아래쪽에 집중됩니다. 양전하와 음전하의 차이가 너무 커지면, 구름 사이에서 방전이 발생하게 됩니다. 이 방전이 구름에서 땅으로 내려오는 것을 낙뢰라고 합니다.
낙뢰는 매우 강력한 에너지를 가지고 있습니다. 낙뢰의 전압은 수백만 볼트에서 수십억 볼트까지, 전류는 수십만 암페어까지 달할 수 있습니다. 이러한 강력한 에너지는 사람을 감전시켜 사망이나 부상을 입힐 수 있습니다.
낙뢰는 지구 표면의 약 3분의 1에서 발생합니다. 우리나라는 낙뢰 발생 빈도가 높은 나라에 속하는데, 연간 약 1만 건의 낙뢰가 발생합니다. 낙뢰는 여름철에 가장 많이 발생하며, 특히 뇌우가 발생하는 날에 많이 발생합니다.
낙뢰 사고를 예방하기 위해서는 다음과 같은 방법을 실천해야 합니다.
뇌우가 발생하는 날에는 외출을 삼가야 합니다.
외출을 해야 한다면 우산, 등산 스틱, 낚싯대처럼 긴 물건을 피해야 합니다.
물이 고인 곳이나 높은 곳은 피해야 합니다.
낙뢰가 발생하면 즉시 실내로 대피해야 합니다.
낙뢰 사고는 예측하기 어렵기 때문에, 낙뢰가 발생할 수 있는 상황에는 각별한 주의가 필요합니다.
낙뢰는 대기 중에 발생하는 전기적인 방전 현상으로, 번개의 하위 형태입니다. 낙뢰가 발생하는 원리는 아래와 같이 설명됩니다:
대기의 전하: 지구의 대기는 양성과 음성의 전하를 가지고 있습니다. 대기의 중간 높이에서는 양성 전하가, 지표 근처에서는 음성 전하가 존재합니다. 이 전하 차이는 대기 전체에 전기장을 형성하게 됩니다.
전하의 누적: 대기 상태에서 분자나 입자들이 서로 마주치고 충돌하며 전하를 이동시키는 과정이 발생합니다. 이로 인해 양성 전하와 음성 전하가 누적될 수 있습니다.
전기장의 형성: 대기 내의 전기장은 높은 곳에서 낮은 곳으로 전하가 이동하려는 성질을 가집니다. 이전하 이동은 전기장이 강한 지점에서 약한 지점으로 발생합니다.
낙뢰의 발생: 낙뢰가 발생하는 과정은 전기장이 가장 강한 지점에서 충분한 전하 누적이 이루어질 때 시작됩니다. 이 지점은 일반적으로 구름 내부에서 높이가 다른 부분보다 더 높게 형성됩니다.
도안 전하의 이동: 전하가 충분히 누적되면, 대기에서 지표로의 방전 경로를 찾기 시작합니다. 이때 낙뢰의 모습이 나타나며, 지표로 전하가 이동하면서 대기와 지표 사이의 전기적인 균형을 회복시킵니다.
방전과 번개: 전하가 지표와 충돌하면서 방전이 발생하며, 이것이 번개의 광채로 나타납니다. 이 때 방전으로 인한 열이 주변 공기를 팽창시켜 소리인 번개 소리가 발생하게 됩니다.
낙뢰의 발생 원리는 복잡하지만, 대기의 전기적 상호작용과 전하 누적, 전기장의 형성, 전하 이동과 방전 등 다양한 요소들이 결합하여 낙뢰를 발생시키는 과정이 이루어집니다.