지난 29日 發生한 北漢山과 水落山에서의 落雷 事件으로 인해 벼락이 칠 때의 行動指針에 對한 關心이 높아지고 있다. 登山客 5名이 死亡하고 20餘 名이 負傷한 이 事件을 調査한 國立公園管理工團은 登山客이 들고 있던 鐵製 스틱과 雨傘이 落雷를 誘導했으며 落雷 地點 周圍에 고여 있던 물이 負傷者 數를 키웠다고 30日 發表했다. 只今부터 번개의 生成原理와 벼락을 避하는 方法에 關해 알아보자.
10億V, 數萬A
번개는 한마디로 大氣 中의 放電現象이다. 空氣는 絶緣體이므로 基本的으로 電氣가 통하지 않는다. 그러나 陽電荷와 陰電荷를 띤 구름과 구름, 구름과 紙面사이에 電壓이 높아지면 極히 짧은 時間 동안에 電流가 흐르게 된다. 또 구름이 담고 있는 電荷量의 限度가 넘게되면 하늘에서 殿下덩어리가 떨어진다. 이것이 구름과 땅 사이의 放電으로 벼락이라고 한다. 번개가 칠 때의 電氣量은 1回에 電壓 10億V, 電流 數만A에 達하기도 한다. 例를 들어 5千A의 벼락은 1百W의 電球 7千個를 8時間 동안 켤 수 있는 에너지를 가지고 있는 셈이다.
구름과 地面 사이에 번개가 치는 過程을 살펴보자. 溫度가 낮은 물방울, 水蒸氣, 얼음 等이 모여 있는 陰電荷가 剛한 地域에서 電子들이 아래로 움직이기 始作한다. 이를 先導落雷라고 한다. 이 번개는 밝지 않고 段階的으로 떨어지는 것이 特徵이다. 이 때 地表面은 陽電荷로 誘導된 狀態다. 아래쪽으로 내려온 電子들이 指標에 가까워지면 나무와 같이 높이 솟아있는 物質로부터 陽電荷를 끌어올린다.
地面에 있는 나무같이 뾰족한 것에는 陽電荷가 많이 모인다. 電子와 陽電荷가 만나면 强力한 電氣가 흐르기 始作한다. 電子와 陽電荷의 接觸이 일어나는 瞬間 엄청난 陽電荷의 흐름이 위로 치솟는다. 이를 歸還落雷라고 한다.
先導落雷가 떨어지는 時間은 0.02秒 걸리지만, 歸還落雷가 올라가는 時間은 0.00007秒로 매우 짧다. 우리가 보는 번개는 이때의 陽電荷 흐름으로 速度가 光速의 3分의 1에 該當하는 10萬km/秒에 이른다. 또 이 때 터놓은 길을 따라 瞬息間에(약 10分의 1秒) 電荷의 흐름이 몇 次例 反復된다.
우리가 눈으로 번개를 볼 때 나타나는 線은 電荷가 移動하는 가장 짧은 經路를 나타낸다. 大部分 單純한 直線이 아닌 삐뚤삐뚤한 形態를 띠고 있다. 이 模樣을 보고 우리는 大衆에 電位差가 어떻게 形成돼 있는지 斟酌할 수 있다. 卽 大氣 中에는 電位差가 고르게 分布돼 있지 않으며, 殿下들은 電位差가 높은 곳을 따라 移動했다는 것을 알 수 있다. 또 한 줄기가 아닌 곁가지 번개들은 周邊 空間에 中心 部分과 같은 電位差를 갖기 때문에 電荷가 移動할 수 있는 길을 만들어 준 것이라 할 수 있다.
벼락을 避하는 方法
번개를 무서워하는 根本的인 理由는 바로 벼락 때문이다. 벼락은 全體 放電의 約 40%를 차지한다. 이 때의 殿下덩어리를 사람이 맞을 境遇에는 生命이 危險할 수도 있다. 벼락을 神의 膺懲으로 생각하던 過去에 神聖한 敎會의 塔 꼭대기에 벼락이 치는 狀況은 사람들에게 얼마나 아이러니하게 다가갔을까. 하지만 只今 생각해보면 너무나도 當然한 狀況이다.
사람들은 번개나 벼락이 다른 곳에 치기만을 바랬다. 하지만 이제는 번개를 建物로 誘導한다. 바로 避雷針을 利用한 것이다. 避雷針은 電荷의 흐름인 번개를 뾰족한 金屬 끝으로 오게 만들어 紙面으로 椄枝시키는 役割을 해낸다. 避雷針은 美國의 프랭클린이 發明한 것으로 發明 初期에는 번개를 끌어들인다고 認識돼 사람들로부터 外面을 當했다. 하지만 避雷針으로 떨어진 번개가 安全하게 紙面으로 誘導되는 것을 보고 避雷針은 建物의 安全裝置로 인정받게 됐다.
一般的으로 避雷針은 九里 材質의 막대로 돼 있고 굵은 戰線으로 紙面과 이어져 있다. 送電線의 鐵塔도 避雷針의 役割을 하는데 鐵塔에는 接地線이 붙어있어 벼락이 떨어지더라도 送電線에는 번개로 因한 電流가 흐르지 않게 돼 있다. 特히 避雷針 끝에서 60度 안쪽은 벼락을 避할 수 있다고 해 이 角度를 保護角이라고 한다.
新聞紙上을 통해 골프場에서 벼락을 맞고 死亡한 事故가 알려지곤 한다. 다른 곳도 아닌 골프場에서 번개에 依한 人命 事故가 자주 發生하는 것은 무슨 理由 때문일까. 골프場은 平地이거나 낮은 丘陵이다. 陰電荷의 덩어리가 地上으로 내리칠 때는 가장 짧은 經路를 찾는데 平地에서 골프채를 가진 사람은 一旦 번개의 標的이 되기 쉽다. 同時에 電荷가 많이 모여 있는 뾰족한 곳(電位差가 큰 곳)을 찾기 때문이다.
번개가 칠 때 가장 安全한 곳은 避雷針이 있는 建物 內部라고 할 수 있다. 하지만 建物 內部에서도 注意해야 할 일이 있으며, 더욱이 室外라면 어떻게 몸을 避해야 할지 알아둘 必要가 있다.
번개 어떻게 避하나
1. 平地나 山 위에서 번개를 만났을 때는 몸을 可能한 낮게 하고 우묵한 곳이나 洞窟 속으로 避한다.
2. 나무 밑은 벼락이 떨어질 可能性이 크므로 避해야 한다.
3. 낚싯대나 골프채 같은 電氣가 통하는 뾰족한 物件은 버리고 이로부터 멀리 避한다.
4. 自動車에 타고 있을 때는 車를 세우고 車 안에 그대로 있는 것이 安全하다. 벼락이 自動車에 떨어져도 前者는 自動車의 表面에만 있게 되고 車 內部의 電氣場은 0으로 維持되기 때문이다. 自動車 表面에 쌓인 엄청난 量의 前者는 땅에서 第一 가까운 部分 卽 바퀴에서 땅으로 妨電된다.
5. 一般的으로 높은 建物에 있을 때 번개가 치기 前에 머리카락이 곤두서고 皮膚가 찌릿찌릿할 때는 벼락이 떨어질 徵兆이므로 재빨리 바닥에 엎드리도록 한다.
6. 집에 번개가 치면 上水道管이나 電線을 따라 電流가 흐를 수 있으므로 注意한다.
7. 번개가 칠 때 電話 通話를 하고 있거나 샤워器로 沐浴을 하면 번개를 誘導할 수도 있다.
<용어설명> 電位差 : 電氣場 內의 基準點으로부터 어떤 地點까지 單位 陽電荷를 이동시키는데 必要한 일의 量을 轉位라 하고, 이 轉位의 差異를 電位差라 한다. 電位差가 없으면 傳하는 移動하지 않는다.
科學東亞 장경애 記者의 '번개, 구름 속 電子들의 叛亂'과 高麗大 최준곤 敎授의 '패러데이의 새欌 안에 갇힌 電氣場' 拔萃 및 編輯.