번개라는 현상의 원리는 어떻게 되나요?
특히 비가 많이 오는날 번개가 치게 되는데 번개는 어떻게 나타나는 현상인건지 궁금합니다.
또한 간혹가다 번개를 맞는 사람이 있기도 하던데 번개가 사람에게 내려치게 되는 원리도 궁금합니다.
안녕하세요. 조사를 해본 결과 번개는 대기 중의 정전기가 방전되는 현상입니다. 비가 많이 오는 날은 구름이 높은 확률로 충전된 정전기를 포함하고 있습니다. 번개는 구름 내부 또는 구름과 지면 또는 구름간에 전하가 불균일하게 분포될 때 발생합니다.
번개는 주로 구름 내부에서 발생하는 구름 번개와 구름과 지면 사이에서 발생하는 지상 번개로 나뉩니다. 구름 번개는 구름 내부의 입자들 간에 전하가 축적되고 분리되면서 발생하며, 지상 번개는 구름과 지면 사이의 전하 차이로 인해 발생합니다.
번개가 사람에게 내려치는 원리는 번개의 경로 선택과 관련이 있습니다. 번개는 전하가 가장 적은 경로를 통해 이동하려고 합니다. 사람이 번개를 맞는 경우는 주로 사람의 몸이 경로의 일부분이 되어 전기가 흐를 수 있는 경로를 제공하기 때문입니다. 사람의 몸은 좋은 전기 전도체이기 때문에 전기가 몸을 통해 흐를 가능성이 높습니다.
또한 번개의 경로 선택은 높은 물체, 돌출된 물체 또는 금속물과 같은 전기적으로 좋은 전도체를 선호합니다. 따라서 번개가 많이 치는 곳은 높은 나무, 철탑, 건물의 뾰족한 부분 등입니다.
번개를 피하기 위해서는 번개가 다가올 때야말로 안전한 실내로 이동하는 것이 중요합니다. 또한, 번개 위험이 있는 활동을 자제하고, 번개가 칠 가능성이 높은 야외 공간에서는 번개로부터 안전한 위치로 이동하는 것이 좋습니다. 참고 하셔서 도움 되셨길 바랍니다.
안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.
번개는 대기 중에 발생하는 자연 현상으로, 구름과 대지 사이에 거대한 전기 방전이 일어나는 것입니다. 일반적으로 번개는 구름 간에 또는 구름과 지면 간에 발생하며, 강한 대기 조건 변화와 전하의 불균형으로 인해 발생합니다.
번개는 구름 내부에서 양성과 음성 전하의 분리가 일어남으로써 시작됩니다. 대부분의 번개는 구름 내부의 양성 전하가 지면 또는 다른 구름의 음성 전하와 만나면서 발생합니다. 이 때 전하의 불균형이 해소되면서 거대한 전기 방전이 일어나며 번개가 번쩍거리는 모습이 관측됩니다.
번개는 매우 높은 전압과 전류를 가지고 있기 때문에 매우 위험한 현상입니다. 때문에 사람이나 물체에 직접적으로 번개가 칠 경우, 전류가 몸을 통과하면서 상당한 피해를 줄 수 있습니다. 사람이 번개를 맞을 경우, 전기 에너지가 체내를 통과하여 심장 및 신경계에 심각한 손상을 줄 수 있으며 생명을 위협할 수도 있습니다.
번개가 사람에게 내려치는 원리는 정확히 이해되지 않았지만, 일반적으로 높은 전기적 에너지의 경로가 존재하는 지점에서 번개가 칠 가능성이 높아집니다. 사람이나 물체가 공기 중에 있는 경우, 경로의 저항이 높아 전기 방전이 우선적으로 다른 경로를 통해 흐를 수 있습니다. 하지만 특정 조건이 만족되면 사람이나 물체도 번개의 경로가 될 수 있습니다. 따라서 번개가 예상되는 상황에서는 안전한 장소로 대피하는 것이 매우 중요합니다
안녕하세요. 박준혁 과학전문가입니다.
번개에 대한 전문가는 아니지만, 관련 논문을 하나 간단하게 소개해드리겠습니다.
The physics of lightning. 번개의 물리학 논문입니다. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2013.09.004
해당 논문의 번개가 어떻게 시작되는지에 대해 다룬 세번째 항목을 요약해드리겠습니다.
"The problem of how lightning is initiated inside thunderclouds is not only one of the biggest unsolved problems in lightning physics."
-> 미해결 난제라는 뜻입니다.
"Let us begin by defining precisely what we mean by lightning initiation."
번개가 어떻게 시작하는지를 정확하게 정의하는 것으로 시작하겠습니다.
"We define lightning initiation inside thunderclouds as the processes that lead up to the creation of a propagating hot leader channel."
번개시작을 번개가 내리치는 경로의 시작인 리더 채널의 형성으로 정의하는 것으로 보입니다.
그런데 이 leader channel은 충분한 전기적 위상차이에 의해 이루어지는 것으로 보입니다.
하지만, 논문에 따르면, 실제 측정한 전위차 값은 순수히 그 전위차 만으로는 번개를 만들어 내는데 못 미치는 것으로 보입니다.
그외에 각종 견해가 맞다면, 번개 시작에 대한 가설은 3가지 주요 유형으로 나뉜다고 합니다.
1. The electric field somewhere within the thundercloud is really much larger than measured.
-> 사실 측정한 전위차 값보다, 뇌운 속 전위차 값은 훨씬 더 크다.
2. Lightning is created via streamer initiation from liquid or ice particles, called hydrometeors.
-> 뇌운 속 얼음과 액체 입자들의 스트리머(=방전 전조 현상)가 시작되면서 생긴다.
3. Energetic runaway electrons play a role in lightning initiation.
-> 공중에 떠돌아다니는 전자들이 번개시작에 관여한다.
고에너지 대기 물리학에 의하면, 뇌운 속의 상당히 난잡한 환경이 전자들이 원자에서 떨어져 나와 돌아다니도록 하는 것으로 보입니다.
아무튼, 이 세가지 가설이 서로 연관이 있고, 보강하는 것으로서 자연적으로 발생하는 다양한 종류의 번개들을 설명하는 것으로 보입니다.
예를 들면, 공중에 자유롭게 떠돌아다니는 전자들에 의해 국부적으로 강화된 전기장은 측정값보다 실제 전기장이 더 강하게 할 수 있습니다. (3, 1번 가설)
그리고 더 강해진 전기장은 얼음-액체 입자들의 방전을 유도할 수 있습니다. (2번 가설)
사람이 맞는 경우는 뇌운에서 유도된 채널이 지면 방향으로 양전하를 유도했으며, 그 위치에 사람이 있던 것으로 보입니다.
번개 맞기 전에 머리가 쭈뻣 선다고들 하죠. 양전하로 대전된 머리카락 끝이 서로 반발하여 가닥가닥 나뉩니다.
궁금증이 어느 정도 해결되셨으면 좋겠습니다.
번개는 구름 안에서 일어나는 현상입니다. 구름 안에서는 물방울과 얼음 입자가 부딪히면서 전기가 축적됩니다. 우리 주변에서 마찰 일으키면 볼 수 있는 정전기처럼요. 이 축적된 전기는 어느 순간 방전되어 번개를 만들어냅니다. 정전기도 심하면 불꽃 보이는 것처럼요.
공기는 전기가 잘 통하지 않는 절연성을 갖는데 전기가 많이 축적되면 방전됩니다. 방전은 전기를 띤 입자가 흘러가는 것인데 이 때, 음의 전기를 갖는 전자가 공기중에서 이동하면서 공기입자와 충돌할 때 빛이 나오고, 공기가 진동하면서 큰 소리를 내느누것이 번개와 천둥입니다.
사람에게 번개가 치는 이유는, 사람이 번개가 가장 쉽게 통과할 수 있는 경로에 있을 때입니다. 번개는 가장 쉬운 경로를 찾아서 방전되기 때문에, 사람이 높은 곳에 있거나 큰 나무나 건물 등 전도성이 좋은 곳 근처에 있으면 위험해집니다. 그래서 뇌우가 오면 높은 곳이나 큰 나무 아래, 또는 물가 등에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.
안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.
번개는 구름과 구름 또는 구름과 지면에 의해 발생되는 정전기 현상입니다.
번개는 가장 가까운 위치에 있는 전하를 띤 물체에 내려치기 때문에 간혹 사람에게 인명피해가 가게 되는 것 입니다.
번개는 구름과 지면 또는 구름 내부에서 발생하는 거대한 불꽃 방전이며 천둥은 방전시 생기는 열에 의하여 순간적으로 가열된 공기관이 갑자기 팽창할 때 나타나는 현상입니다.
구름 내부의 부분적인 온도와 습도 차이 때문에 일어나며 이 차이가 야기하는 대류 현상이 구름 속의 얼음 입자와 물방울을 상승하거나 하강시키면서 정전기를 생성합니다.
번개의 생성 구름 내부의 이러한 물리적 활동은 전하의 이동을 초래하며, 이는 구름 내부와 구름과 지면 사이에 전기장을 형성합니다. 이 전기장의 힘이 충분히 커지면, 공기는 전도체로 작용하여 번개를 형성하는 방전 현상을 일으킵니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
번개는 대기 중의 전기 방전으로 인한 현상입니다. 번개는 구름과 지면 또는 구름 사이에 전기적인 차이가 발생할 때 일어납니다.
번개는 일반적으로 뇌우 구름 내에서 발생합니다. 뇌우 구름은 상층의 양성 전하와 하층의 음성 전하 사이에 전기적인 경로를 형성합니다. 이 전하는 대기 상태, 수증기, 얼음 입자 등에 의해 발생합니다. 양성 전하와 음성 전하 사이의 전기적인 차이가 커지면, 대기가 전기적으로 방전되어 번개가 발생합니다.
번개의 발생은 뇌우 구름 내에서 다양한 전기적인 현상으로 진행됩니다. 가장 일반적인 현상은 구름 내부에서 양성 전하와 음성 전하가 분리되고, 이 두 전하 사이에 전기적인 차이가 커지면 구름 내부 또는 구름과 지면 사이에서 전기적인 방전이 발생합니다. 이 방전은 번개의 형태로 관측되며, 번개가 지면에 치는 경우 번개의 일부를 지면에 떨어뜨리는 구름 지면 방전이라고도 합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
구름에는 전자(-)가 분포하는데, 전자가 많아지면 땅과 구름사이에 전압이 높아져 공기를 타고 전자가 이동(전류 발생)할 수 있습니다. 즉, 번개가 치는것이죠.
이 때 전자가 지면으로 이동하면서 공기중에 있는 원자, 분자와 충돌하게 되며 빛이 발생하고 주변 공기를 압축시키거나 수축시켜 진동을 일으키며 천둥소리가 나는 것이죠.
만약 번개가 치는 지면에 사람이나 동물이 있다면 번개를 맞는 것입니다. 이는 우연으로 맞는 것입니다. 만약 뾰족한 물체를 들고 있다면 맞을 확률은 올라갑니다. 뾰족한 물체의 경우 번개를 잘 수용하기 때문이죠.