[재미있는 전자상식] 번개와 천둥

번개는 일종의 전기현상으로 뇌우와 지표면 사이에서 전하(정전기)가 분리되면서 방전이 일어날 때 발생한다.

상공에 적운이 발달하면 구름은 전하를 띠게 된다. 이 구름은 정전유도에 따라 지표면에도 다른 종류의 전기를 띠게 하는데 이런 과정이 지속되면 구름과 지표면에 서로 다른 극의 전기가 모이게 된다. 이 때 구름과 구름 사이에 습한 공기가 통하면서 많은 전류가 일시에 흐르는 현상이 바로 번개다.

번개가 발생하기 위해서는 「유도전하」의 과정이 더해지는데 뇌우 안에는 과냉각된 물방울과 보통 물방울, 얼음덩어리가 함께 존재하게 된다.

얼음덩어리 또한 열전기 효과에 의해 기온이 낮은 윗 부분에 양전하가, 기온이 높은 밑부분에 음전하가 생긴다. 상승기류에 의해 위로 이동하는 물방울은 큰 얼음덩어리에 충돌하면서 여기 있는 양전하를 갖고 계속 상승한다. 반면 음전하만 남은 얼음덩어리는 밑으로 떨어진다. 결국 뇌우의 구름 바닥에는 음전하가, 구름 알갱이에는 양전하가 놓이는 전하의 분리가 일어나는 셈이다.

이런 원리에 의해 번개가 칠 때 방전은 수㎝의 직경을 가진 공기기둥을 통해 이뤄진다. 공기기둥 안의 온도는 약 3만도. 이렇게 순간적으로 발생하는 고온의 공기기둥이 갑작스런 공기팽창을 가져와 대기 중으로 충격파를 발생시키는 것이 천둥이다. 이 때 공기가 급격하게 가열됐다 팽창하기 때문에 큰 소리가 나게 된다.

<허의원 기자>