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비가 오고 흐린 날이면 천둥과 번개 때문에 놀란 경험하신 분들 많으실 겁니다. 오늘은 번개와 천둥의 관계와 번개가 가진 전하와 전류에 대해 이해하고 번개 관련 신화는 무엇이 있는지 살펴보겠습니다.
번개와 천둥의 관계
번개는 기본적으로 대기 중의 전기적 방전입니다. 이 현상은 대기 중에 떠 있는 물방울과 얼음 조각들이 서로 부딪히면서 전기적인 하전이 축적되어 일어납니다. 이 과정에서 더운 공기는 상승하고 찬 공기는 하강하는데, 이렇게 서로 다른 온도와 습도를 가진 공기가 섞이면서 대기 내에서 전하가 분리됩니다. 대기의 상층부에는 양의 전하를 띤 얼음 결정이, 하층부에는 음의 전하를 띤 물방울과 얼음 조각들이 모이게 됩니다. 일반적으로 구름 하단은 음전하를, 구름 상단은 양전하를 띠게 되며, 지면은 자연적으로 양의 전하를 띱니다. 이렇게 대기 중에 전하가 극심하게 분리되면, 전기적인 불균형이 생기고, 이를 해소하기 위해 전하들 사이에서 강력한 전기적 방전이 일어나 번개가 발생합니다. 천둥은 번개의 광염에 의해 발생하는 소리입니다. 번개가 치면 극도로 높은 온도(약 30,000도 섭씨)로 인해 주변 공기가 순식간에 팽창합니다. 이 팽창은 충격파를 발생시키고, 이 충격파가 음파로 변하면서 천둥소리가 만들어집니다. 천둥소리의 크기는 번개가 치는 위치와 관찰자 사이의 거리에 따라 다릅니다. 번개가 가까울수록 천둥소리는 크게 들리며, 번개가 멀어질수록 소리는 약해지고 늦게 들립니다. 이는 소리의 전파 속도가 빛의 속도보다 훨씬 느리기 때문입니다. 번개와 천둥은 항상 같이 발생합니다. 번개가 보이는 곳에서는 반드시 천둥소리가 나기 마련입니다. 하지만 때때로 번개가 너무 멀리 있어 천둥소리가 들리지 않는 '무음 번개'를 경험할 수도 있습니다. 또한, 번개가 지평선 너머에서 발생하면 '번개 불빛'만 보이고 천둥소리는 들리지 않는 현상도 발생합니다.
전하와 전류
전하는 물질이 갖는 전기적 성질로서, 양(+) 또는 음(-)의 성질을 나타냅니다. 대기 중에서는 주로 구름 안에서 물방울이나 얼음 결정이 서로 부딪히면서 전하가 이동하게 됩니다. 이 과정에서 얼음 결정이나 물방울은 전자를 잃거나 얻으면서 각각 양의 전하나 음의 전하를 띠게 되며, 이렇게 축적된 전하들이 큰 전기장을 생성하고, 결국 전기적 방전을 일으키는 원인이 됩니다. 구름 내에서 전하의 분리 과정은 주로 구름의 상승 기류에 의해 영향을 받습니다. 온도가 낮은 구름의 상층부로 올라간 작은 얼음 입자들은 대부분 양의 전하를 가지게 되고, 상대적으로 크고 무거운 얼음 입자나 물방울은 구름의 하층부로 내려와 음의 전하를 띠게 됩니다. 전류는 전하의 흐름을 의미하며, 단위 시간당 전하의 이동량을 나타냅니다. 번개에서의 전류는 매우 강력하여, 순간적으로 수십만 암페어(A)에 이를 수 있습니다. 이 전류가 흐르는 동안, 주변의 공기는 극도로 높은 온도에 도달하게 되며, 이로 인해 공기가 급격히 팽창하고 이것이 바로 천둥소리의 원인이 됩니다. 번개의 전류는 구름과 지면 사이, 또는 구름과 다른 구름 사이에서 발생할 수 있으며, 전하의 불균형 상태를 균형 상태로 만드는 데 필요한 경로를 제공합니다. 이 전류는 매우 빠르게 흐르며, 번개 플래시의 지속 시간은 보통 수 밀리초에 불과합니다. 전압은 전기장 내에서 전하 사이에 작용하는 힘의 차이를 의미합니다. 번개에서의 전압은 매우 높아서 수백만 볼트(V)에 이를 수 있으며, 이는 충분한 강도의 전기장이 형성되었을 때 전하들이 빠르게 이동하도록 합니다. 이 전압의 차이가 충분히 크면, 공기의 절연 특성을 뚫고 전기 방전이 일어나는 것입니다. 번개의 전압은 구름과 지면 사이, 또는 구름 사이의 거리와 구름 내의 전하량에 따라 달라집니다. 고전압이 구름 내부 또는 구름과 지면 사이에서 형성되면, 절연체인 공기층을 돌파하면서 전하가 방출되고 번개가 발생하게 됩니다. 번개의 전체적인 과정은 다음과 같습니다. 먼저, 구름 내에서 불안정한 날씨 조건 하에 전하들이 분리되어 축적됩니다. 이렇게 형성된 강한 전기장은 공기 중의 절연성을 극복하고, 전하가 급격히 이동하게 만듭니다. 이 전하의 빠른 이동이 전류를 형성하며, 고전압 하에서 일어난 전기 방전이 번개를 발생시킵니다. 번개 방전으로 인해 발생한 열에 의해 주변 공기가 팽창하면서 천둥소리가 나타나는 것입니다. 번개는 자연계에서 발생하는 가장 강력한 전기 현상 중 하나로, 그 파괴력은 막대하지만, 과학적으로 탐구할 때 그 메커니즘과 아름다움에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. 이러한 이해는 또한 번개로 인한 피해를 예방하고, 안전하게 대처할 수 있는 지식을 제공합니다.
번개 관련 신화
그리스 신화에서 제우스는 신들의 왕으로, 그의 상징인 번개를 사용하여 권력을 행사하고 법을 집행합니다. 제우스는 번개를 던져 자신의 뜻에 반하는 자들을 벌하거나 전쟁에서 승리를 가져오곤 했습니다. 예를 들어, 타이탄과의 싸움에서 제우스는 번개를 사용하여 타이탄들을 패배시키고 올림포스의 왕좌에 올랐습니다. 제우스의 번개는 절대적인 권위와 힘의 상징이며, 그의 뜻과 명령을 하늘과 땅에 전달하는 수단이었습니다. 노르드 신화에서 토르는 뇌성과 폭풍, 농업의 신으로, 거대한 망치 묠니르를 휘둘러 번개를 만들어냅니다. 토르의 망치는 그가 던질 때마다 번개를 발생시키며 항상 그의 손으로 돌아옵니다. 토르는 자신의 망치를 사용하여 거인들과의 전투에서 승리를 거두고, 농작물의 성장을 촉진하는 비를 가져다 줍니다. 토르의 이야기는 노르웨이와 아이슬란드를 비롯한 스칸디나비아 전역에서 중요한 문화적 상징으로 남아 있습니다. 힌두교에서 인드라는 하늘, 번개, 폭풍 그리고 전쟁의 신으로, 바즈라라고 하는 다이아몬드 망치를 사용하여 우주의 질서를 유지합니다. 인드라는 바즈라를 휘둘러 악을 처단하고, 생명을 유지하는 비를 내려줍니다. 또한, 인드라는 자신의 무기를 사용하여 비와 번개를 조절하며, 이는 농업과 관련된 많은 축제에서 중요한 역할을 합니다. 서부 아프리카에서는 쇼소로코라는 번개 신이 있습니다. 쇼소로코는 천둥과 번개를 다스리는 신으로, 지역 사회에 대한 보호자 역할을 합니다. 쇼소로코의 분노는 강렬한 번개와 천둥을 동반하며, 그는 이 능력을 사용하여 악령을 쫓아내고 마을을 보호합니다. 미국 원주민 중 일부 부족에서는 툰드라라는 번개 신을 숭배했습니다. 툰드라는 천둥과 번개를 조종하는 힘을 가지고 있으며, 종종 독수리의 형태로 표현됩니다. 그는 자연과의 균형을 유지하고, 부족의 안전과 번영을 위해 힘을 사용합니다.
오늘은 번개와 천둥의 관계부터 전하와 전류 그리고 번개 관련 신화까지 살펴보았습니다. 다음에는 더 재밌는 현상에 대해 알아보겠습니다.