번개, 천둥이 치는 원리 및 원인

한국의 장마시즌이 다가오면 먹구름이 다가오면서 번개와 천둥을 동반합니다.

하늘에는 아무것도 없는 것 같은데 어떻게 번개와 천둥을 내는 것일까요?

 

ㅣ 번개가 치는 원리

 

 

번개 현상은 대기 안에 있는 수증기가 상승하여 구름을 형성하는 과정에서 시작됩니다. 이 과정은 일반적으로 열대기후 또는 지구의 온도가 상승하면서 발생하는 합성기후 등에서 발생합니다. 이때, 대기 속에서 열이 상승하면서 수증기도 함께 상승하게 되고, 이 수증기는 상층 대기에서 냉각되면서 얼음 결정을 형성합니다.

이렇게 형성된 얼음 결정들이 구름 속에서 위아래로 이동하면서 서로 부딪치게 되고, 이 과정에서 양전하와 음전하가 생성됩니다. 일반적으로 구름의 상부에는 양전하가, 하부에는 음전하가 축적됩니다. 이렇게 축적된 양전하와 음전하 사이의 전기장이 강해지면, 번개가 발생하게 됩니다.

번개의 발생은 매우 빠른 속도로 진행되는데, 구름에서부터 지표면 또는 구름 사이로 전하가 이동하면서 공기를 급격히 가열하게 됩니다. 이 때, 공기의 온도는 수만 도까지 상승하며, 이렇게 가열된 공기는 급속하게 팽창하면서 충격파를 발생시킵니다. 이 충격파가 우리의 귀에 닿을 때 우리는 그것을 천둥소리로 듣게 됩니다.

 

 

 

ㅣ 낙하랑 번개랑 무엇이 다를까?

낙뢰는 뇌전이 발생한 뒤에 그 결과로써 구름에서 지상으로 전하가 이동하는 과정을 의미합니다. 이는 사실상 뇌전 현상의 한 부분으로서, 구름 안에 축적된 전하가 지상으로 방전되는 현상을 나타냅니다.

번개는 이런 전기적 방전 과정 중에서 발생하는 밝은 빛을 일컫는 말로, 이는 전류가 흐르면서 주변의 공기를 가열하고 그 결과로 발생하는 빛을 지칭합니다.

이렇게 보면, 낙뢰는 구름에서 땅으로의 방전 과정 자체를, 번개는 그 과정에서 발생하는 빛을 각각 지칭하는 말이라고 볼 수 있습니다.

또한, 번개는 오직 땅으로 떨어지는 것만을 의미하는 것은 아닙니다. 뇌전 현상은 구름과 구름 사이에서도, 심지어 구름 내부에서도 일어날 수 있습니다. 이런 경우에도 발생하는 빛은 마찬가지로 번개라고 부릅니다. 그러므로, 땅으로 떨어지는 번개는 낙뢰라고 부르지만, 구름 사이를 이동하는 번개는 낙뢰라고 부르지 않습니다.

 

왼쪽이 낙뢰, 오른쪽이 번개

 

ㅣ 번개 치면서 소리가 나는 이유는?

뇌방전이 일어나는 순간, 방전 통로인 번개줄기에서는 매우 고온, 대략 27000도 섭씨의 열이 발생합니다. 이 온도는 태양 표면의 온도의 대략 4배에 해당합니다.

이 고온으로 인해 방전 통로 내부의 압력이 급격하게 증가하게 되고, 이로 인해 주변의 공기가 빠르게 팽창하게 됩니다. 이때 발생하는 충격파음이 바로 우리가 듣는 천둥소리입니다.

따라서, 뇌방전이 발생할 때, 방전 통로에서 방출되는 에너지는 빛과 소리로 변환됩니다. 이 변환 과정에서 방출되는 불빛이 바로 '번개', 그리고 충격파음이 '천둥'인 것입니다.