생활정보

전기가 잘 흐르는 성질을 가진 도체(導體)의 한쪽 끝에, - 전하(電荷ㆍ물체가 띠고 있는 전기)로 대전(어떤 물체가 전기를 띰)된 막대를 가져가면, 도체 내의 '+ 전하'와 '- 전하'가 부지런히 움직여 막대와 가까운 쪽에 '+ 전하'가 모이게 됩니다. 도체에서 먼 쪽에는 '- 전하'들이 모이게 되지요. 이를 정전기 유도 현상이라고 하는데, 번개의 생성에도 이 현상이 작용하게 됩니다.

보통 번개는 소나기 구름에서 자주 생깁니다. 이 구름의 위쪽에는 '+ 전하'들이, 아래쪽에는 '- 전하'들이 분리되어 모여 있습니다. 번개는 '+ 전하'와 '- 전하'를 띈 구름들 사이에서, 또는 구름과 땅 사이의 전압이 높아졌을 때 아주 짧은 시간 동안 전하들의 흐름인 전류가 흐르면서 생기는 것입니다.

이러한 소나기 구름의 아래쪽에는 '- 전하'로 되어 있기 때문에, 정전기 유도 현상에 따라 지표면은 '+ 전하'들이 모이게 됩니다. 번개는 구름과 땅 사이의 정전기(靜電氣) 유도로 생긴 전압 차에 의해 아주 짧은 시간 동안 전류가 흐르는 과정이 우리 눈에 섬광으로 보이는 것입니다. 그 결과 구름과 땅 사이에 형성된 전기는 방전이 되게 됩니다.

한편 번개가 생기면 마치 바늘과 실의 관계처럼 천둥을 동반합니다. 천둥은 번개가 칠 때 그 곳의 온도가 순간적으로 약 2만 7000 ℃까지 상승하기 때문에 생깁니다. 즉, 번개 주변의 공기가 급격히 팽창했다가 번개가 사라진 후 공기가 수축하는 동안 '우르릉~쾅'하는 무시무시한 소리가 나는 것이지요. 천둥 소리는 번개가 '번쩍'한 후 들리지요? 이는 번개는 빛의 속도(초당 30만 km 이동)로, 천둥 소리는 음속(초당 340 m 이동)으로 움직이기 때문입니다. 따라서 번개가 생긴지 몇 초 후에 천둥소리가 들리는지를 계산해 보면, 번개가 얼마나 떨어진 곳에서 발생했는지 알 수 있답니다.

만약 번개가 친 후 10 초 정도 있다가 천둥 소리가 들렸다면, 약 3 km(340 m x 10 초)정도 떨어진 곳에서 번개가 생겼다는 뜻입니다. 번개가 '번쩍'하자마자 천둥 소리가 들렸다면 조심하십시오! 여러분 쪽으로 벼락이 떨어질지도 모릅니다.

번개를 발생시킬 가능성이 있는 구름이 고층 빌딩 상공을 지나갈 때, 정전기유도에 의해 지표면에는 구름 하부의 전하와 반대 극성의 전하가 유도됩니다. 이 때 전기의 특성상 피뢰침과 같은 뾰족한 곳에는 유도 전하가 더욱 많이 모이게 됩니다. 피뢰침 끝의 전하는 반대 극성의 전하를 띤 구름쪽으로 끌려가게 되는데, 이러한 작용은 구름과 땅 사이의 전압 차를 줄여 줍니다. 즉, 번개가 생기는 데 필요한 전압 차까지 높아지지 않도록 하는 역할을 하지요. 또한 피뢰침은 주변 다른 지역보다 전하가 많이 분포돼 있고 구름에서 가장 가까운 거리에 있기 때문에 벼락을 유도하는 기능을 합니다.

피뢰침이 있는 건물의 지하에는 피뢰침과 금속 선으로 연결된 금속판이 묻혀 있습니다. 즉 피뢰침으로 유도된 벼락(전류)이 금속 선을 따라 지하의 금속판까지 안전하게 이동하는 것입니다.

이 금속 선은 저항 값이 아주 작아야 합니다. 순간적으로 고압의 전류가 흐르기 때문에, 저항 값이 큰 금속선을 사용하면 엄청난 열이 발생하게 되지요. 지하의 금속판으로 이동되어 온 전하들은 지구 내부로 자연스럽게 이동, 건물에는 아무런 피해도 주지 않게 됩니다. 피뢰침이 없다면 10억 V(볼트)의 전압과 수만 A(암페어)의 전류를 가진 벼락은 건물에 큰 피해를 줄 것입니다.

이러한 피뢰침의 역할로 도시에서는 건물이나 사람이 벼락에 직접 맞을 가능성은 아주 적습니다. 하지만 여름철 들판을 지나거나 운동장 한복판에 있을 때는 어떻게 해야 할까요? 대부분의 사람들이 나무 밑으로 이동하는 경우가 많은데, 이는 매우 위험한 행동입니다.

소나기는 피할 수 있을지 모르지만, 그 나무가 번개를 유인하는 역할을 함으로써 벼락의 표적이 될 수 있기 때문입니다.

이러한 경우 들이나 운동장 등 넓은 곳에서는 몸을 최대한 낮춰야 하며, 산이라면 골짜기를 따라 이동하든지 아니면 동굴 같은 곳으로 피신하는 것이 안전합니다.

- 소년한국일보 -