번개란 무엇이며 어떻게 발생합니까?

뇌우의 기원

지면 위로 높이 떠오르는 안개는 물 입자로 구성되어 구름을 형성합니다. 더 크고 무거운 구름을 적운이라고 합니다. 어떤 구름은 단순해서 번개나 천둥을 일으키지 않습니다. 다른 것들은 뇌우를 일으키고 번개와 천둥을 형성하기 때문에 뇌우라고 불립니다. 뇌운은 전기로 충전된다는 점에서 일반 비구름과 다릅니다. 일부는 양수이고 일부는 음수입니다.

뇌운은 어떻게 형성됩니까? 뇌우 동안 바람이 얼마나 강한지 누구나 알고 있습니다. 그러나 더 강한 공기 소용돌이는 숲과 산이 공기의 움직임을 방해하지 않는 지상에서 더 높게 형성됩니다. 이 바람은 구름에서 대부분 양전하와 음전하를 생성합니다.

각 방울의 중심에는 양전하가 있고 방울 표면을 따라 동일한 양의 음전하가 있습니다. 떨어지는 빗방울은 바람을 타고 기류 속으로 떨어진다. 힘으로 방울을 치는 바람은 그것을 조각으로 나눕니다.이 경우, 액적의 분리된 외부 입자는 음전하로 대전됩니다.

물방울의 나머지 더 크고 무거운 부분은 양전하로 대전됩니다. 무거운 물방울이 쌓이는 구름 부분은 양전하로 대전됩니다. 구름에서 내리는 비는 구름의 전기 중 일부를 지면으로 전달하므로 구름과 지면 사이에 전기 인력이 생성됩니다.

무화과에서. 그림 1은 구름과 지구 표면의 전기 분포를 보여줍니다. 구름이 음전기로 충전되어 있으면 구름에 끌리려고 노력하면 전류를 전도하는 모든 높은 물체의 표면에 지구의 양전기가 분포됩니다. 지면에 서있는 물체가 높을수록 구름의 위와 아래 사이의 거리가 좁아지고 여기에 남아있는 공기층이 작아져 반대 전기를 발산합니다. 번개가 그러한 장소에서 더 쉽게 지면을 관통한다는 것은 명백합니다. 나중에 이에 대해 자세히 알려 드리겠습니다.

쌀. 1. 뇌운과 지상 물체의 전기 분포

번개의 원인은 무엇입니까?

키가 큰 나무나 집에 접근하면 전기를 띤 뇌운이 작용합니다. 무화과에서. 음전하를 띤 구름 1개는 양전하를 지붕으로 끌어당기고, 집의 음전하를 땅으로 떨어뜨립니다.

클라우드와 집 지붕에 있는 전기는 서로 끌어당기는 경향이 있습니다. 클라우드에 전기가 많으면 그 영향으로 집에 전기가 많이 형성된다.

들어오는 물이 댐을 침식하고 급류로 돌진하여 무제한적인 움직임으로 계곡을 범람시킬 수 있는 것처럼 구름에 점점 더 축적되는 전기는 결국 지구 표면과 그것을 분리하는 공기층을 뚫고 돌진할 수 있습니다. 지구로, 반대쪽 전기로. 강력한 방전이 발생합니다. 전기 스파크가 구름과 집 사이를 미끄러집니다.

이것은 집을 강타하는 번개입니다. 번개 방전은 구름과 땅 사이뿐만 아니라 서로 다른 유형의 전기를 충전한 두 구름 사이에서도 발생할 수 있습니다.

바람이 강할수록 구름에 전기가 더 빨리 충전됩니다. 바람은 양전하와 음전하를 분리하는 데 일정량의 일을 소비합니다.

번개는 어떻게 발전합니까?

대부분의 경우 지면을 강타하는 번개는 음전기로 충전된 구름에서 발생합니다. 이러한 구름에서 치는 번개는 이런 식으로 발전합니다.

첫째, 소량의 전자가 구름에서 좁은 채널을 통해 땅으로 흐르기 시작하여 일종의 공기 흐름을 형성합니다.

무화과에서. 2는 이러한 번개 형성의 시작을 보여준다. 채널이 형성되기 시작하는 구름 부분에는 이동 속도가 빠른 전자가 축적되어 공기 원자와 충돌하여 핵과 전자로 분해됩니다.

쌀. 2. 구름에서 번개가 형성되기 시작합니다.

이 경우 방출되는 전자도 땅으로 돌진하고 다시 공기 원자와 충돌하여 분리합니다.그것은 마치 산에 눈이 내리는 것과 같으니, 처음에는 작은 덩어리가 굴러 떨어지다가 눈덩이로 뒤덮이고 점점 더 빨리 날아가 큰 눈사태가 되는 것과 같습니다.

그리고 여기서 전자 사태는 새로운 양의 공기를 포착하여 원자를 조각으로 나눕니다. 이 경우 공기가 가열되고 온도가 상승함에 따라 전도성이 증가합니다. 절연체에서 도체로 변합니다. 결과적으로 구름에서 공기의 전도성 채널을 통해 전기가 점점 더 많이 소모되기 시작합니다. 전기는 초당 100km에 달하는 엄청난 속도로 지구에 접근합니다.

100분의 1초 안에 전자의 눈사태가 땅에 도달합니다. 이것은 번개의 첫 번째, 말하자면 "준비"부분만 끝냅니다. 번개가 땅으로 향했습니다. Lightning 개발의 두 번째 주요 부분은 아직 오지 않았습니다. 번개 형성에서 고려되는 부분을 도체라고 합니다. 이 외국어는 러시아어로 "지도자"를 의미합니다. 가이드는 번개의 더 강력한 두 번째 부분으로 향했습니다. 이 부분을 메인 부분이라고 합니다. 채널이 지면에 도달하자마자 전기가 훨씬 더 격렬하고 빠르게 흐르기 시작합니다.

이제 채널에 축적된 음전기와 빗방울과 함께 땅에 떨어진 양전기가 연결되어 전기적 작용에 의해 구름과 땅 사이에 전기의 방전이 일어난다. 이러한 방전은 엄청난 강도의 전류입니다. 이 강도는 기존 전기 네트워크의 전류 강도보다 훨씬 큽니다.

채널에 흐르는 전류는 매우 빠르게 증가하고 최대 강도에 도달하면 점차 감소하기 시작합니다.이러한 강한 전류가 흐르는 번개 채널은 많이 가열되어 밝게 빛납니다. 그러나 낙뢰 방전에서 전류가 흐르는 시간은 매우 짧습니다. 방전은 매우 짧은 시간 동안 지속되므로 방전 중에 생성되는 전기 에너지는 상대적으로 작습니다.

무화과에서. 그림 3은 피뢰침이 지면을 향해 점진적으로 이동하는 것을 보여줍니다(왼쪽의 처음 세 그림).

쌀. 3. 피뢰침(처음 세 자리)과 그 주요 부분(마지막 세 자리)의 점진적인 발달.

마지막 세 그림은 번개의 두 번째(주요) 부분이 형성되는 별도의 순간을 보여줍니다. 물론 플래시를 보는 사람은 동일한 경로에서 매우 빠르게 서로를 따라가기 때문에 가이드와 주요 부분을 구별할 수 없습니다.

두 가지 다른 유형의 전기를 연결한 후 전류가 차단됩니다. 일반적으로 번개는 거기서 멈추지 않습니다. 종종 새로운 리더는 첫 번째 던지기로 타오르는 길을 따라 즉시 돌진하고 그 뒤에는 같은 길에서 다시 던지기의 눈 부분이 있습니다. 이로써 2차 방전이 완료됩니다.

이러한 개별 범주는 최대 50개까지 있을 수 있으며 각 범주는 고유한 리더와 본체로 구성됩니다. 대부분 2-3 개가 있습니다. 별도의 방전이 발생하면 번개가 간헐적으로 나타나며 번개를 보는 사람은 종종 번개가 깜박이는 것을 볼 수 있습니다. 이것이 플래시가 깜박이는 원인입니다.

별도의 방전 형성 사이의 시간은 매우 짧습니다. 100분의 1초를 초과하지 않으며 방전 횟수가 매우 많으면 번개 지속 시간이 1초 또는 몇 초에 이를 수 있습니다.

우리는 가장 일반적인 한 가지 유형의 번개만 고려했습니다.이 번개는 육안으로 볼 때 흰색, 하늘색 또는 밝은 분홍색의 좁고 밝은 띠처럼 보이기 때문에 선형 번개라고 합니다.

라인 번개는 길이가 수백 미터에서 수 킬로미터에 이릅니다. 번개의 경로는 일반적으로 지그재그입니다. 번개는 종종 가지가 많습니다. 이미 언급했듯이 선형 번개 방전은 구름과 땅 사이뿐만 아니라 구름 사이에서도 발생할 수 있습니다.

공 번개

그러나 선형 외에도 다른 유형의 번개는 훨씬 적습니다. 우리는 그들 중 가장 흥미로운 볼 번개를 고려할 것입니다.

때때로 불 덩어리인 번개 방전이 있습니다. 구형 번개가 어떻게 형성되는지는 아직 연구되지 않았지만 이 흥미로운 유형의 번개 방전에 대한 관찰을 통해 몇 가지 결론을 내릴 수 있습니다.

대부분의 경우 구형 번개는 수박이나 배 모양입니다. 몇 분의 1초에서 몇 분까지 비교적 오래 지속됩니다.

구형 번개의 가장 일반적인 지속 시간은 3~5초입니다. 대부분의 경우 구형 번개는 직경 10 ~ 20cm의 빨간색 빛나는 공 형태로 뇌우가 끝날 때 나타납니다. 드물지만 크기도 큽니다. 예를 들어 직경 약 10m의 번개가 촬영되었습니다.

공은 때때로 눈이 부실 정도로 하얗고 윤곽이 매우 날카로울 수 있습니다. 구형 번개는 일반적으로 쉭쉭, 윙윙거리거나 쉭쉭거리는 소리를 냅니다.

구형 번개는 소리 없이 사라질 수 있지만 희미한 탁탁 소리 또는 귀가 먹먹할 정도로 큰 폭발을 일으킬 수 있습니다. 사라지면 종종 매운 냄새가 나는 안개를 남깁니다. 지면 근처나 실내에서 구형 번개는 달리는 사람의 속도(초당 약 2미터)로 움직입니다.잠시 동안 휴식을 취할 수 있으며 이러한 "정착 된"공은 사라질 때까지 쉭쉭 거리며 불꽃을 던집니다. 때때로 구형 번개는 바람에 의해 움직이는 것처럼 보이지만 일반적으로 그 움직임은 바람과 무관합니다.

구형 번개는 밀폐된 공간에 유인되며 열린 창문이나 문, 때로는 작은 균열을 통과하기도 합니다. 파이프는 그들에게 좋은 방법입니다. 그래서 불덩어리가 부엌의 오븐에서 자주 나오는 것입니다. 방 주위를 여행한 후 번개 공은 방을 떠나며 종종 들어온 경로를 따라 나갑니다.

때때로 번개는 몇 센티미터에서 몇 미터 거리에서 두세 번 오르락 내리락합니다. 이러한 기복과 동시에 불덩어리는 때때로 수평 방향으로 움직이다가 볼 번개가 점프하는 것처럼 보입니다.

종종 볼 번개는 와이어에 "정착"되어 가장 높은 지점을 선호하거나 예를 들어 배수관을 따라 와이어를 따라 굴립니다. 불덩어리는 사람들의 몸을 따라 움직이며, 때로는 옷 아래에서 심한 화상을 입히고 심지어 사망에 이르게 합니다. 번개에 의해 사람과 동물이 치명적인 피해를 입은 사례에 대한 설명이 많이 있습니다. 열 번개는 건물에 매우 심각한 피해를 줄 수 있습니다.

번개는 어디에서 발생합니까?

번개는 절연체(공기)의 두께를 통한 전기 방전이기 때문에 구름과 지표면의 물체 사이의 공기층이 더 작은 곳에서 가장 자주 발생합니다. 직접적인 관찰은 이것을 보여줍니다. 번개는 높은 종탑, 돛대, 나무 및 기타 높은 물체를 치는 경향이 있습니다.

그러나 번개는 높은 물체에만 돌진하는 것이 아닙니다.높이가 같은 두 개의 인접한 돛대에서 하나는 나무로, 다른 하나는 금속으로 서로 멀지 않은 곳에 서서 번개가 금속으로 돌진합니다. 이것은 두 가지 이유로 발생합니다.첫째, 금속은 젖은 상태에서도 나무보다 전기를 훨씬 더 잘 전도합니다. 둘째, 금속 마스트가 그라운드와 잘 연결되어 있어 리더 개발 시 그라운드에서 마스트까지 보다 자유롭게 전기가 흐를 수 있습니다.

후자의 상황은 번개로부터 다양한 건물을 보호하기 위해 널리 사용됩니다. 지면과 접촉하는 금속 마스트의 표면적이 클수록 구름의 전기가 지면으로 더 쉽게 전달됩니다.

이것은 깔때기를 통해 액체 흐름을 병에 붓는 것과 비교할 수 있습니다. 깔때기의 입구가 충분히 크면 제트가 병으로 바로 들어갑니다. 깔때기의 구멍이 작으면 액체가 깔때기 가장자리를 넘어 넘치기 시작하여 바닥에 쏟아집니다.

번개는 지구의 평평한 표면에도 칠 수 있지만 동시에 토양의 전기 전도성이 더 큰 곳으로 돌진합니다. 예를 들어 젖은 점토나 습지는 마른 모래나 돌처럼 건조한 토양보다 더 빨리 번개를 맞습니다. 같은 이유로 번개는 강과 개울의 둑을 강타하여 키가 크지만 마른 나무 근처에 우뚝 솟은 것을 선호합니다.

접지가 잘되고 전도성이 좋은 몸체로 돌진하는 번개의 이러한 특성은 다양한 보호 장치를 구현하는 데 널리 사용됩니다.