천둥 번개 일어 나는 이유, 번개의 종류, 위험성과 대처 방법

밤하늘을 가로지르는 빛나는 번개와 요란한 천둥소리는 오랜 시간 인간에게 경외와 두려움을 동시에 불러일으키는 자연의 힘이었습니다.  과학 기술이 발달한 오늘날에도 여전히 이해하지 못한 부분이 많은 천둥과 번개는 우리에게 끊임없는 질문을 던집니다. 천둥과 번개가 일어나는 이유와 번개의 종류와 천둥 번개의 위험성과 대처 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

천둥 번개 일어 나는 이유, 번개의 종류, 위험성과 대처 방법

 

 

1. 번개

 

번개는 구름 안에서 발생하는 강력한 전기 방전 현상으로, 짧은 순간 매우 높은 전압과 전류가 흐릅니다. 번개는 구름 내부의 전하 불균형으로 인해 발생하며, 이는 구름 입자들의 충돌과 마찰, 상승 기류, 지구의 전기장 등 다양한 요인에 의해 만들어집니다.

 

번개

 

1) 발생 원리

 

① 적란운 형성

적란운은 봄과 여름철에 흔히 볼 수 있는 웅장한 구름으로, 강력한 상승 기류와 풍부한 수증기가 만나 만들어집니다. 거대한 뇌우는 짧은  시간 안에 엄청난 양의 비와 함께 번개, 천둥, 심지어 우박까지 만들어 낼 수 있는 강력한 에너지를 지니고 있습니다.

 

② 전하 분리

적란운의 에너지 원천은 바로 구름 내부의 전하 분리입니다. 상승기류에 의해 작은 물방울과 얼음 입자들이 서로 부딪히면서 전하가 분리되고, 일반적으로 상단부에는 양전하, 하단부에는 음전하가  축적됩니다. 이렇게 분리된 전하들이 서로 끌어당기면서 엄청난 에너지가 발생하는 것입니다.

 

③ 전위차 증가

전위차는 두 지점 사이의 전기 에너지 차이를 나타내는 물리량입니다. 전위차가 높을수록 두 지점 사이의 전기 에너지 차이가 크고, 따라서 전하들이 서로 끌어당기는 힘도 강해집니다. 

 

●전하량 증가

시간이 지날수록 구름 내부의 전하량은 계속 증가합니다. 이는 더 많은 전하가 띤 입자들이 생성되고, 구름 안에 축적되기 때문입니다.

 

● 전하 분포

양전하와 음전하는 각각 구름의 상단부와 하단부에 집중됩니다.

 

● 전위차 계산

전위차 = ( 전하량 × 전하량 ) / ( 4 × π × ε₀ × 거리)

④ 방전

전위차가 임계치를 넘어서면 구름 내부 또는 구름과 땅 사이로 전기가 방전됩니다. 임계치는 여러 요인에 따라 달라지지만, 일반적으로 수백만 볼트에서 수억 볼트 정도입니다. 높은 전위차에 의해 전자가 양전하로부터 음전하 방향으로 빠르게  이동하며, 전자의 이동 경로는 번개 채널이라고 불리며, 이 채널 안에서는 매우 높은 온도와 압력이 발생합니다.

 

번개 채널 내에서 전자의 에너지가 빛으로 변환되어 강렬한 빛을 발합니다. 번개 채널 내에서 발생하는 높은 온도는 주변 공기를 급격하게 가열하고 팽창시킵니다.

 

번개

 

2) 번개의 종류

 

● 구름 내 번개

 구름 안에서 일어나는 방전으로, 우리가 가장 흔히 볼 수 있는 번개입니다.

 

● 구름 대지 번개

구름과 땅 사이에서 일어나는 방전으로, 강력한 에너지를 지니고 있어 위험합니다.

 

● 구름 내부 번개

구름 안에서 수평 방향으로 일어나는 방전입니다.

 

● 지상 번개

지표면에서 일어나는 방전으로, 매우 드물지만 강력한 에너지를 지니고 있습니다.

 

● 지대지 번개

땅에서 일어나는 방전으로 흔하지는 않지만 강력한 에너지를 지니고 있습니다.

 

● 로켓 번개 

로켓에서 방출되는 전하가 구름이나 땅과 방전되는 번개입니다.

 

● 스프라이트(Sprites) 

고충 대기에서 일어나는 번개로, 짧고 밝은 빛을 발하며 지상에서 관찰하기 어렵습니다.

 

● 엘프 (Elves)

Sprites와 유사하지만, 더 높은  고도에서 일어나는 번개입니다.

 

● 제트기(Jets)

Sprites와 Elves와 함께 일어나는 번개로, 짧고 붉은빛을 발합니다.

 

 

3) 특징

 

매우 밝은 빛을 발하며, 순간적으로 주변을 하얗게 비추기도 하며, 이 때 번개 채널의 온도는 태양의 표면보다 훨씬 뜨거울 수 있습니다. 번개가 발생하는 순간 급격한 열팽창으로 인해 소리가 발생하지만, 빛의 속도가 소리의 속도보다 훨씬 빠르기 때문에 우리는 먼저 번개를 보고 나중에 천둥소리를 듣게 됩니다.

 

5) 천둥 번개 대처 방법

 

● 천둥 번개 발생 시 즉시 실내 대피

가장 안전한 방법은 천둥 번개가 발생하면 즉시 건물 안으로 대피하는 것이 안전합니다.

 

● 고지대 피하기

산, 언덕 등 고지대는 번개가 쉽게 떨어지는 곳이므로 피해야 합니다.

 

● 개방된 공간 피하기

넓은 들판, 해변, 운동장 등 개방된 공간도 위험하므로 피해야 합니다.

 

● 전기제품 사용 금지 

천둥 번개가 발생하는 동안에는 전기제품 사용을 금해야 합니다.

 

● 차량 안 대피 

자동차 안에 있는 경우 차문과 창문을 닫고 대기해야 합니다.

 

번개

 

 

2. 천둥

 

번개가 발생하면서 주변 공기를 급격히 가열하고 팽창시켜 발생하는 폭발음입니다.

 

1) 발생 원리

 

번개가 발생하면서 주변 공기가 급격히 가열되고 팽창하며, 팽창하는 공기는 주변에 높은 압력을 가하게 되고 , 이 압력의 변화가 소리 파동으로 전달하게 됩니다. 소리 파동은 공기를 통해 전달되면서 점차 약해지지만, 먼 거리까지 전달될 수 있습니다.

 

2) 특징

 

천둥소리는 매우 크고 굉음이며, 멀리까지 퍼질 수 있으며, 천둥소리의 강도와 거리는 비례하며, 먼 거리에서 발생한 천둥은 약하게 들립니다. 천둥소리는 거리에 따라 구르소리, 팡팡거리는 소리, 쿵하는 소리 등으로 나뉘기도 합니다.

 

3) 천둥과 번개의 관계

 

천둥과 번개는 동시에 발생하는 현상입니다. 번개가 먼저 발생하지만, 빛의 속도가 소리의 속도보다 훨씬 빠르기 때문에 우리는 먼저 번개를 보고 나중에 천둥소리를 듣게 됩니다. 번개의 강도에 따라 천둥소리의 크기와 강도가 결정됩니다.

 

4) 천둥과 번개의 위험성

 

천둥과 번개는 자연의 웅장함과 아름다움을 보여주는 동시에 강력한 에너지를 지닌 위험 요소이기도 합니다. 짧은 순간에 발생하는 번개는 엄청난 열과 전류를 방출하며, 이는 사람과 건물, 심지어 전력 시스템까지 손상시킬 수 있습니다.

 

● 직접적인 피해

번개에 직접 맞으면 심각한 부상, 심지어 사망에 이르기도 합니다. 번개의 전류는 피부를 뚫고 근육과 신경을 손상시키며, 심장 박동을 멈추게 하거나 뇌 손상을 일으킬 수 있습니다.

 

● 화재 

번개는 건물, 나무, 숲 등에 불을 일으킬 수 있습니다. 특히 건조한 날씨에는 화재 위험이 더욱 높아집니다.

 

● 전력 시스템 손상

번개는 전력선을 타격하여 정전, 전자 기기 손상, 심지어 화재를 유발할 수 있습니다.

 

● 기타 위험

번개는 소리를 통해 청력 손상을 입히거나, 강한 폭풍과 함께 발생하여 홍수, 산사태 등의 이차 피해를 야기할 수 있습니다.

 

천둥

 

 

3. 마무리 글

 

천둥과 번개는 강력한 에너지를 지닌 자연 현상으로, 우리에게 위험을 초래하기도 하고 동시에 살의 근원이 되는 비를 내려 주기도 합니다. 천둥과 번개를 완전히 지배하고 예측하는 것은 불가능하지만, 지속적인 연구를 통해 피해를 최소화하고 자연과 공존을 이루는 방법을 모색해야 할 것입니다. 

 

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