천둥번개가 발생하는 원리는 무엇인가요?
평범한 직장인입니다. 출근하는데 천둥번개소리가 요란하네요. 천둥번개가 발생하는 원리가 무엇인지 궁금하며 천둥소리, 번개소리 어떤게 정확한 표현법인지도 궁금합니다. 오늘 비는 조금만 왔음 좋겠네요^^
안녕하세요
천둥은 번개와 같이 공기 중에 전기가 방전되면서 발생하는 소리입니다. 우리를 둘러싸고 있는 공기는 전기가 흐르지 않는 절연체로써 전기는 흐르기 위해 노력하지만 절연체는 공기 중을 흐른다는 건 쉽지 않습니다. 그때 방전되는 부분인 방전로는 순식간에 30,000K의 고온이 됩니다. 막힘없이 잘 흐르던 물도 그 물길을 막아버리면 물이 흐르지 못해 넘치게 되듯, 짧은 시간에 뜨거워진 공기는 초음속으로 팽창하게 되고 주변 공기와 부딪히게 되는데 이때 발생하는 소리가 천둥입니다.
천둥은 0.5초 이하의 매우 짧은 시간동안 발생하는 현상입니다. 하지만, 방전로의 길이가 짧게는 수 킬로미터에서, 길게는 수십 킬로미터에 달하는데다 우리의 귀까지 도달하는 데 걸리는 시간 차이 때문에 천둥소리가 실제 시간보다 긴 시간 동안 들리게 됩니다. 천둥이 들리는 범위도 30km 정도라고 합니다.사실 번개와 같은 전기 방전이 어떻게 일어나는가에 대해서는 아직 정확히 알려져 있지 않습니다. 대기에는 수직의 전기장이 존재하고 자유전하가 있다고 봅니다. 번개구름 속에서 양전하와 음전하로 분리되는 과정은 보통 ‘중력분리이론’으로 설명할수 있습니다.
중력분리이론에서는 한 가지 과정을 가정하는데요 빗방울이나 우박처럼 무거운 입자에서는 음전하가 떠나지만, 양전하는 구름입자나 이온처럼 가벼운 입자를 향하게 돼 전하가 분리되는 과정입니다. 무거운 입자의 경우 구름에서 떨어져서 그보다 낮은 위치로 음전하를 방출하지만, 가벼운 입자는 상승기류에 의해 운반돼 상층에 양전하 중심으로 형성합니다. 이 전하들이 충돌하면 짧은 시간 동안이나마 전류가 흐르게 됩니다.
번개는 구름과 땅 사이, 구름과 주변공기 사이, 또는 구름 안에서 발생합니다. 또한 공간전하가 충분히 높게 발달될 수 있는 눈보라나 모래보라, 화산폭발의 경우에도 발생합니다 흔히 벼락 또는 낙뢰라고 부르는 현상이 구름과 땅 사이에서 발생하는 방전 현상입니다.요약하자면 번개는 번개구름 속에서 분리 축적된 음전하와 양전하 사이 또는 구름 속의 전하와 지면에 유도되는 전하 사이에서 발생하는 불꽃방전으로 매우 짧은 시간 내에 일어나는 높은 전기적 방출이고번개와 같이 공중전기의 방전에 의해 생기는 소리가 천둥입니다. 번개소리가 아닌 천둥소리라고 하는게 맞는 표현입니다.
답변이 도움이 되셨기를 바랍니다.
자연은 안정된 상태를 유지하려고 하는데요,
우리가 털 옷을 마른 천으로 문지르면 정전기가 생기죠?
하늘과 땅에도 위와 같은 정전기가 생기는데요,
자연적으로 하늘과 땅에 존재하는 정전기의 량이 차이가 크게 나면 그 차이를 줄이기 위해서 번개가 칩니다.
위의 정진기의 량의 차이를 물리학적으로 전위 차이라고 합니다.
그리고 엄밀하게는 천둥과 번개는 다릅니다. 이에 대해서는 추가적으로 알아보시기를 추천드립니다.
안녕하세요. 초록가젤281입니다.
안녕하세요. 이성현 과학전문가입니다.
천둥은 전기가 빠르게 흐르면서 발생하는 공기의 폭발 소리입니다.
또한 빛보다 소리의 속도는 현저히 늦기 때문에, 번개를 먼저 보게되고 천둥 소리를 듣게 되는 것입니다.
