만약 우리가 두 전극 사이에 고전압을 하나 더하면, 그것들을 더 가까이 붙게 한다. 두 전극이 일정한 거리에 가까워지면 이들 사이에 스파크가 발생하는데, 이를' 아크 방전' 이라고 한다.
뇌우운에서 나오는 번개는 위에서 언급한 아크 방전과 매우 비슷하지만 번개는 잠시 사라지지만 전극 사이의 불꽃은 오래 존재할 수 있다. 두 전극 사이의 고전압은 인위적으로 오랫동안 유지될 수 있기 때문에 방전 직후 뇌우운의 전하를 보충하기가 어렵다. 축적된 전하가 일정 양에 도달하면 구름의 다른 부분 사이나 구름과 지면 사이에 강한 전기장이 형성된다. 평균 전기장 강도는 수천 볼트/센티미터에 달하고, 일부 지역에서는 10000 볼트/센티미터까지 올라갈 수 있습니다. 이렇게 강한 전기장은 구름 안팎의 대기층을 돌파하기에 충분하기 때문에 구름과 지면 사이 또는 구름의 다른 부분 사이, 구름 사이에 눈부신 섬광을 불러일으킨다. 이것이 바로 사람들이 흔히 말하는 번개이다.
육안으로 번개를 보는 과정은 매우 복잡하다. 뇌우구름이 어딘가로 이동할 때, 구름의 중하부는 강한 음전하의 중심이고, 구름 바닥 맞은편의 밑면은 양전하의 중심이 되어 구름 바닥과 지면 사이에 강한 전기장을 형성한다. 전하가 점점 더 많아지고 전기장이 강해지는 상황에서 구름의 바닥에는 먼저 계단식 선도라고 하는 대기 이온화가 강한 공기 기둥이 나타난다. 이 이온화 가스 기둥은 단계적으로 지면까지 뻗어 있다. 각 단계의 선도는 직경 약 5 미터, 길이 50 미터, 전류 약 100 암페어의 어두운 빔이다. 그것은 약 150000 미터/초의 평균 속도로 지면으로 한 걸음 뻗어 있다. 지상에서 5 ~ 50 미터 정도 떨어져 있을 때 땅이 갑자기 반격했다. 반격의 채널은 지면에서 구름 바닥까지 따라가는 것이다. 반격은 50,000KM/S 의 더 빠른 속도로 지면에서 구름 밑까지 질주하며 40 마이크로초 동안 지속된 매우 밝은 빔을 방출하며10000암페어를 넘는 전류를 통과한 것은 이번이 처음이다. 몇 초 후, 구름에서 나오는 희미한 빔 한 다발이 거대한 전류를 가지고 첫 번째 번개의 경로를 따라 지면으로 날아가는 것이 바로 직항로라고 한다. (윌리엄 셰익스피어, 템플린, 희망명언) (윌리엄 셰익스피어, 스튜어트, 희망명언) 지면에서 5 ~ 50 미터 정도 떨어진 곳에서 지면이 다시 반격하여 밝은 빔을 형성하는 것은 두 번째 번개다. 그리고 두 번째와 마찬가지로 세 번째와 네 번째 번개가 발생했다. 보통 3 ~ 4 번의 번개는 번개 과정을 구성한다. 번개 과정은 약 0.25 초 동안 지속됩니다. 이 짧은 시간 동안 좁은 번개 채널은 엄청난 양의 전기를 방출하여 강한 폭발을 형성하고 충격파를 발생시켜 음파를 형성하여 사방으로 전파한다. 이것은 천둥 또는 "천둥" 입니다.
번개의 구조
이미 상세히 연구한 것은 선형 번개인데, 우리는 그것을 예로 들어 번개의 구조에 대해 이야기해 보자. 번개는 대기 중의 펄스 방전 현상이다. 번개는 여러 개의 방전 펄스로 이루어져 있는데, 이 펄스들 사이의 간격은 매우 짧아서 몇 초밖에 안 된다. 하나의 펄스가 하나의 펄스를 잇고, 그 후의 펄스는 첫 번째 펄스의 경로를 따라 이동한다. 이제 각 방전 펄스가' 선도자' 와' 반격' 으로 구성되어 있다는 것이 연구되었다. 첫 번째 방전 펄스가 폭발하기 전에 준비 단계인' 스테핑식' 방전 과정이 있다. 강한 전기장의 추진으로 클라우드의 자유 전하가 빠르게 지면으로 이동한다. 운동 중에 전자와 공기 분자가 충돌하여 공기가 약간 이온화되어 빛을 발한다. 첫 번째 방전 펄스의 선도는 한 걸음 아래로 퍼지는 혀처럼 전파된다. 처음에는 매끄러운 혀가 겨우 10 여 미터 길이였다. 수천 분의 1 초 혹은 더 짧은 시간 후에 매끄러운 혀가 사라졌다. 그런 다음 같은 단락에서 더 긴 가벼운 혀 (약 30 미터 길이) 가 나타나 눈 깜짝할 사이에 사라졌다. 그리고 더 길고 매끄러운 혀가 나타났다 ... 매끄러운 혀는' 갉아먹는' 방식으로 한 걸음 한 걸음 지면에 다가온다. 여러 차례 방전한 후-사라지고, 매끄러운 혀가 마침내 땅에 닿았다. 이 첫 번째 방전 펄스의 선도는 클라우드에서 지면으로 단계적으로 전파되기 때문에 "스테핑 파일럿" 이라고 합니다. 가벼운 혀의 통로에서 공기는 이미 강하게 이온화되어 그 전도성이 크게 높아졌다. 공기가 지속적으로 이온화되는 과정은 좁은 통로에서만 발생하므로 전류 강도가 매우 크다.
첫 번째 조종사인 사다리 조종사가 지면에 도착했을 때, 대량의 전하가 즉시 고도로 이온화된 공기 통로를 통해 지면에서 클라우드로 흘러갔다. 이 전류는 공기가 불붙을 정도로 강하여 구불구불한 광주가 나타났다. 이 단계는' 반격' 단계라고 불리며' 주력 배출' 단계라고도 한다. 천계단 조종사와 첫 번째 반격은 첫 번째 펄스 방전의 전 과정을 구성하는데, 기간은 1% 초에 불과하다.
740) this.width = 740 "border = undefined > 첫 번째 펄스 방전 과정 이후 두 번째 펄스 방전 과정은 매우 짧은 시간 (4 초) 이후에만 발생합니다. 두 번째 펄스도 선도에서 시작하여 돌아오는 길에 끝난다. 하지만 첫 번째 펄스 방전 후, "단단한 얼음이 깨지고 항로가 열렸다." 그래서 두 번째 펄스의 조종사는 한 걸음씩 내려가지 않고 구름에서 바로 지면에 도달한다. 이 주파수를 "직접 채널 파일럿" 이라고 합니다. 직도선도가 지면에 도착한 후, 약 몇 초 동안 반격을 하여 초 펄스 방전 과정을 마치는 데 몇 초가 걸린다. (윌리엄 셰익스피어, 템플린, 도전명언) (윌리엄 셰익스피어, 오페라, 희망명언) 그리고 세 번째와 네 번째 ... 직선이 앞서고 돌아오는 여정은 여러 번의 펄스 방전 과정을 완성한다. 각 펄스 방전은 뇌우 구름에서 대량의 누적 전하를 소비하기 때문에, 미래의 주 방전 과정은 점점 약해지고, 뇌우운의 전하 비축이 소진될 때까지 펄스 방전을 멈출 수 없어 번개 과정을 마무리한다.
번개의 원인
뇌우시의 대기 전기장은 맑은 날과 현저히 다르다. 이러한 차이의 원인은 뇌우운의 전하가 축적되어 뇌우운의 극성을 형성하고 번개를 발생시켜 대기 전기장의 거대한 변화를 일으키기 때문이다. 하지만 뇌우운은 어떻게 전기를 얻을까요? 즉, 뇌우운에서 전기를 띠게 하는 물리적 과정은 무엇입니까? 왜 뇌우운에 이렇게 많은 전하를 축적하고 규칙적인 분포를 형성할 수 있을까? 이 섹션에서는 이러한 질문에 대한 답변을 제공합니다. 앞서 말씀드린 바와 같이, 뇌우운의 거시적 과정과 뇌우운의 미세한 물리적 과정은 모두 구름의 전기와 밀접한 관련이 있습니다. 과학자들은 뇌우운의 전기 기계와 전하의 규칙적인 분포에 대해 대량의 관찰과 실험을 하고, 대량의 데이터를 축적하고, 각종 해석을 제기했으며, 어떤 설법은 여전히 논란이 있다. 요약하면, 클라우드의 시동 메커니즘은 주로 다음과 같습니다.
A. 유동 구름의 초기 단계에 대한 "이온 흐름" 가설
대기 중에는 항상 양이온과 음이온이 많이 있다. 구름 속의 물방울에서 전하 분포는 균일하지 않다. 최외층 분자는 음전기를 띠고, 내층은 양전기를 띠며, 내층과 외층의 전위차는 약 0.25 볼트이다. 이러한 전위차의 균형을 맞추기 위해서는 물방울이 대기 중의 음이온을 "우선" 흡수하여 물방울이 점차 음전기를 띠게 해야 한다. 대류가 시작되면, 비교적 가벼운 양이온은 점차 상승기류에 의해 구름의 상부로 옮겨진다. 음전하를 띤 구름 방울은 비교적 무겁기 때문에 하부에 남아 양전하를 분리한다.
B. 콜드 클라우드에서의 전하 축적
대류가 일정 단계로 발전하여 구름이 0 C 이상의 높이에 이르면 구름에는 과냉방울, 알갱이, 빙정이 있다. 서로 다른 상태의 수증기 응결물로 구성된 이 구름은 온도가 0 C 미만인 구름을 냉운이라고 한다. 냉운의 전하 형성과 축적 과정은 다음과 같다.
A. 얼음 결정과 진 입자 사이의 마찰 충돌은 전기를 띤다
알갱이는 얼어붙은 물방울로 이루어져 있는데, 흰색이나 유백색으로 되어 있어 구조가 비교적 바삭하다. 과냉 물방울이 자주 충돌하여 잠열을 방출하기 때문에, 그 온도는 일반적으로 얼음 결정보다 높다. 얼음 결정에는 일정량의 자유 이온 (OH- 또는 OH+) 이 함유되어 있으며, 이온의 수는 온도가 높아지면 증가한다. 빙정과 접촉하는 부분의 온도차로 인해 고온의 자유 이온은 반드시 저온단보다 많기 때문에 이온은 고온단에서 저온단으로 이동해야 한다. 이온 이동 과정에서 양전하를 띤 수소이온은 비교적 빠르고, 음전하를 띤 수소산소근이온 (OH-) 은 비교적 느리다. 이에 따라 일정 기간 동안 냉단 H+ 이온 과잉이 발생해 고온단 음극화, 저온단정극화로 이어졌다. 얼음 결정이 플루토늄 입자와 접촉한 후 분리되면 온도가 높은 플루토늄 입자는 음전기를 띠고 온도가 낮은 얼음 결정은 양전기를 띠고 있다. 중력과 상승기류의 작용으로, 비교적 가벼운 양전기가 있는 얼음 결정은 구름의 윗부분에 집중되고, 무거운 음전기가 있는 미세먼지 입자는 구름의 아랫부분에 머물러 냉운의 윗부분은 양전기를 띠고 아랫부분은 음전기를 띠게 된다.
B, 과냉각 물방울과 진 입자 충돌 동결 발전.
구름 속의 많은 물방울들은 온도가 0 C 미만일 때 얼지 않는다. 이런 물방울을 과냉각 물방울이라고 한다. 과냉각 된 물방울은 불안정합니다. 조금만 흔들면 얼어서 얼음알이 된다. 과냉각 물방울이 플루토늄 입자와 충돌하면 충돌 동결이라고 하는 즉시 고정됩니다. 충돌이 발생하면 과냉수 물방울의 외부는 즉시 얼음 껍데기로 동결되지만 내부는 일시적으로 액체로 유지되는데, 외부동결 방출된 잠열이 내부로 전달되어 내부 액체 과열의 온도가 외부 얼음 껍데기의 온도보다 높다. 온도차는 얼어붙은 차가운 물방울의 외부에는 양전기를 띠고 내부에는 음전기를 띠게 한다. 내부도 얼면 구름이 팽창하여 분열하고, 겉껍질이 양전기가 있는 많은 작은 얼음 부스러기로 파열되어 공기 흐름에 따라 구름 위로 날아가고, 음전기가 있는 냉동 방울의 핵심 부분은 무거운 알갱이에 붙어, 알갱이가 음전하를 띠게 하고, 구름의 중간 아래에 머물게 한다. (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈드서머, 희망명언)
C. 물방울은 얇은 소금을 함유하고 있기 때문에 전기를 띤다.
이 같은 냉운의 두 가지 기전 메커니즘 외에도 대기 중 물방울에 함유된 희박한 소금 때문에 기전 메커니즘이 제기됐다. 구름이 얼면 얼음의 격자는 음의 염소 이온 (Cl-) 을 수용할 수 있지만 정나트륨 이온 (Na+) 은 배제한다. 따라서 물방울이 얼어붙은 부분은 음전기를 띠고, 고정되지 않은 외부 표면에는 양전기를 띠고 있다 (물방울이 얼었을 때 안쪽에서 바깥쪽으로 수행됨). 떨어지는 과정에서 물방울이 얼어붙은 알갱이가 동결되기 전에 표면의 물에서 떨어져 양전하가 있는 작은 구름이 많이 형성되고, 얼어붙은 핵심 부분은 음전하를 띠고 있다. 중력과 기류의 분리로 인해 양전기가 있는 물방울은 구름 위로 옮겨지고 음전기가 있는 플루토늄 입자는 구름의 중간 아래에 머물러 있다.
D. 따뜻한 구름에서의 전하 축적
위에서 언급한 냉운 발전의 주요 메커니즘 중 일부는 다음과 같다. 열대 지방에서는 일부 구름이 0 C 이상에 위치해 있기 때문에 물방울만 포함하고 고체 물 입자는 없다. 이런 구름은 따뜻한 구름이나' 물구름' 이라고 불린다. 따뜻한 구름에도 번개가 칠 것이다. 중위도 지역의 뇌우운에서 0 C 등온선 이하의 구름 부분은 구름의 따뜻한 지역이다. 구름의 따뜻한 지역에도 시동 과정이 있다.
뇌우운의 발전 과정에서, 상술한 메커니즘은 서로 다른 발전 단계에서 작용할 수 있다. 그러나, 주요 시동 메커니즘은 여전히 물방울의 동결로 인한 것이다. 많은 관측 사실은 구름 꼭대기가 섬유상 필라멘트 구조를 나타낼 때만 구름이 뇌우 구름으로 발전 할 수 있음을 보여줍니다. 비행기 관측에 따르면, 뇌우운에는 주로 얼음, 설정, 플루토늄 입자로 구성된 많은 구름 입자가 있으며, 대량의 전하의 축적은 뇌우운의 빠른 전기 메커니즘으로, 알갱이가 성장하는 동안에만 충돌, 동결, 마찰을 통해 발생할 수 있다.
이상한 번개.
번개에는 몇 가지 모양이 있습니다. 가장 흔한 선형 (또는 가지) 번개와 플랩 번개, 구형 번개는 매우 희귀한 번개 모양입니다. 자세히 구분하면 막대 번개, 구슬 모양의 번개, 로켓 모양의 번개로도 나눌 수 있다. 선형 번개나 나뭇가지 모양의 번개는 사람들이 자주 보는 번개 모양이다. 그것은 눈부신 빛과 매우 얇은 빛을 가지고 있다. 번개 전체가 수평이나 아래로 매달려 있는 나뭇가지와 같고, 지도에는 지류가 많은 강과 같다. (아리스토텔레스, 니코마코스 윤리학, 지혜명언)
선형 번개와 다른 방전의 차이점은 전류의 강도가 특히 커서 평균 수만 암페어에 달할 수 있고, 드물게는 20 만 암페어에 달할 수 있다는 것이다. 이렇게 큰 전류 강도. 그것은 나무를 파괴하고 흔들 수 있고, 때로는 사람을 해칠 수도 있다. 그것이 건물에 닿을 때, 종종 번개와 화재를 일으킨다. 선형 번개는 대부분 구름 대 지구 방전이다.
플랩 번개도 흔히 볼 수 있는 번개 모양이다. 구름 위에 한 줄기 반짝이는 것 같다. 이 번개는 구름 뒤에 보이지 않는 스파크 방전의 배경광, 구름 속의 번개가 구름 방울에 가려져 나오는 확산 빛, 구름 위에 나타나는 클러스터 또는 반짝이는 독립 방전 현상일 수 있습니다. 구름층의 강도가 약해지고 강수가 멈추는 경향이 있을 때, 종종 플랩 번개가 나타난다. 약한 방전 현상으로 구름 속에 많이 있다.
구형 번개는 매우 희귀한 번개 모양이지만 가장 눈에 띈다. 불덩이 같고, 때로는 활짝 핀' 수국' 국화와도 같다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 희망명언) 아마 머리 크기일 것이고, 간혹 직경이 몇 미터, 심지어 수십 미터일 것이다. 구형 번개는 때때로 공중에서 천천히 헤엄치고, 때로는 완전히 공중에 매달려 있다. 그것은 때때로 하얀 빛을 발하고, 때로는 유성 같은 분홍색 빛을 발한다. 구형 번개가 구멍을 뚫는 것을 좋아한다. 때로는 굴뚝, 창문, 갈라진 틈을 통해 집에 들어가 집 주위를 한 바퀴 돌고 빠져나갈 수 있다. 구형 번개는 때때로 쉬쉬 소리를 내고, 그런 다음 답답한 소리에 따라 사라진다. 가끔씩 가냘픈 딱딱 소리를 내다가 어느새 사라졌다. 구형 번개가 사라지면 공기 중에 고약한 가스 연기가 남아 오존처럼 보일 수 있다. 구형 번개의 생명역사는 그리 길지 않고, 몇 초에서 몇 분 정도이다.
리본 번개. 그것은 여러 번의 연속 방전으로 구성되어 있다. 각 번개 사이에서 바람의 영향으로 번개 경로가 이동하면서 각 개별 번개가 서로 가까워져 띠가 형성됩니다. 벨트 폭은 약 10 미터입니다. 만약 이런 번개가 집을 맞히면, 즉시 대면적의 연소를 초래할 것이다.
구슬 모양의 번개는 구름 위를 미끄러지거나 구름을 가로질러 지면으로 던지는 연결선처럼 보이며 반짝이는 진주 목걸이처럼 보입니다. 어떤 사람들은 구슬 모양의 번개가 선형 번개에서 구형 번개로의 전환 형태인 것 같다고 생각한다. 구슬 모양의 번개는 종종 선형 번개를 따라 시간 간격이 거의 없다.
로켓 번개는 다른 종류의 번개보다 훨씬 느리다. 완전 방전에는 L- 1.5 초가 필요하다. 그것의 활동은 육안으로 쉽게 추적하고 관찰할 수 있다.
사람들은 자신의 눈으로 각종 모양의 번개를 관찰할 수 있다. 하지만 번개를 자세히 살펴보려면 사진을 찍는 것이 좋다. 고속 카메라는 번개의 모양을 기록할 수 있을 뿐만 아니라 번개의 발전 과정도 관찰할 수 있다. 휴대폰 카메라와 같은 특수한 카메라를 이용하면 번개의 구조를 연구할 수 있다.