번갯불은 톱니 모양일까?

번갯불은 톱니 모양일까?

 

 

흔히 만화 같은 데서 벼락이 떨어지는 장면을 보면, 번갯불은 톱니 모양으로 그려져 있다. 또 실제로 번쩍하는 번갯불을 목격해도 톱니 모양 같아 보인다. 그리고 천둥소리는 비록 한 번의 번개뿐일지라도 우르릉 쾅쾅하고 연속해서 들린다. 이유는 무엇일까.

번개를 찍은 사진을 보면 만화에서 보는 것처럼 날카로운 톱니 모양은 아니지만, 확실히 비슷한 형태를 지녔다. 번개란 공기 속에서 일어나는 불꽃 방전의 현상이다. 즉 뇌운의 아래쪽에 모인 음전하와 지면으로 유도된 양전하 사이에 수억 볼트의 초고전압이 걸린다. 공기는 본래 절연체, 그러나 고전압이 걸리면 이온화해서 결국 절연파괴를 일으켜 스파크 전류가 흐른다. 이 경우 전기는 저항이 적은 최단거리를 통과하려고 하므로, 공기의 절연이 약한 곳을 통과하게 된다.

 

공기는 다같아 보여도 부분적으로는 이온화가 진행된 곳도 있고, 또 습기가 많은 곳도 있어서 결국 톱니 모양의 통로로 전기가 흐른다. 이 경우 전자의 흐름은 구름에서 대지로, 전류는 대지에서 구름으로 올라가게 된다. 다음에 천둥소리가 길게 들리는 이유인데, 이것은 전기의 문제라기보다는 물리학적인 문제라 할 수 있다. 번개의 통로는 1천 미터나 되기 때문에 이 통로의 공기는 전류에 의해 순간적으로 고온으로 가열된다.

공기가 급격히 가열되면 부피가 폭발적으로 팽창하기 때문에 쾅하고 단 한번 큰 소리를 낸다. 이 소리가 공기 속으로 전달되어 굴절을 일으키거나 주위의 산이나 건물에서 복잡하게 반사되거나 하면 콰당콰당하고 여음이 생겨서 들리는 것이다.

흔히 밤에 번개만 번쩍하고 천둥소리는 나지 않는 경우가 있다. 이것도 소리가 나지 않는 것이 아니라, 소리의 전달 방법에서 오는 현상이다. 음속은 공기의 온도가 높을수록 크고, 저온 쪽에서 고온 쪽으로 소리가 들어갈 때는 저온 쪽으로 굴절한다. 그래서 만약 상공이 저온이고 지표 쪽이 고온일 때는 상공에서 천둥이 일어나도 소리의 경로는 위쪽으로 굴절되어 지표까지 소리가 미치지 못한다. 그 때문에 천둥소리가 들리지 않는 일도 있는 것이다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 번갯불은 톱니 모양일까?