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천둥 번개가 치면? 목록

조회 : 15648 | 2004-06-22

1. 실험 목적
영화에서 주인공이 타고 있는 자동차로 엄청난 번개가 쳤다. 그런데 주인공은 안전했다. 어떻게 주인공은 전기가 통하는 도체일 것 같은 자동차 안에서도 안전할 수 있었을까? 직접 번개를 만들어서 실험해보자.

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2. 실험준비물
알미늄 호일, 검은 도화지(8절지), 압전세라믹, 집게전선, 풀, 가위, 종이









3. 실험방법
①가위를 이용하여 알미늄호일을 땅, 구름, 나무, 자동차, 사람, 피뢰침 모양으로 자른다. 나무 기둥은 종이를 오린다

②풀을 이용하여 검은 도화지에 붙인다. 이때 각 물체들간의 간격이 1~2mm 정도 떨어지도록 붙인다.

③압전세라믹의 전선 끝의 피복을 벗기고 집게전선과 연결한다

④(모든 물체가 붙여진 검은 도화지의) 땅에 집게전선을 물리고 압전세라믹을 구름에 댄 후 압전세라믹의 스위치를 눌러 스파크을 만들면, 번개가 친다. 구름과 나무, 구름과 자동차, 구름과 피뢰침 간의 번개발생시 변화를 관찰한다.






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4. 실험 속 과학원리
압전 세라믹은 높은 전위차를 만들어 주어 구름과 나무, 피뢰침, 자동차 사이에 순간적으로 큰 전류가 흐르게 하고 방전을 일으킨다.
번개가 치는 과정도 이와 똑같다. 구름 속에서 얼음 조각과 물방울들이 상승기류로 인해 심하게 부딪히면 전하를 갖게 된다. (+)전하를 가진 입자들은 구름의 위쪽에, (-)전하를 가진 입자들은 구름의 아래쪽에 자리잡는다. 구름 밑바닥은 다시 지표면을 양으로 대전시킨다. 이렇게 하여 구름 하단의 (-)전하들은 땅으로 방전되는데 이것이 번개이다.





번개는 쏜살같이 내려오면서 표적이 될만한 곳을 찾는데, 그곳은 전하가 많이 모여있는 곳이며 주로 높은 곳이다. 전하는 날카로운 끝점이나 가장자리에 모여 있다. 그러한 까닭에 뾰족한 끝에서는 전기장이 아주 높은 값을 갖게 되고, 번개는 피뢰침의 뾰족한 끝을 향해 질주하는 것이다. 피뢰침으로 유도된 번개는 땅으로 방전되어 건물의 화재를 막을 수 있다.
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비에 젖은 나무 줄기는 피뢰침의 금속과 같은 정도로 전기를 전도한다. 따라서 커다란 젖은 나무는 피뢰침 못지 않게 번개를 유도한다. 만일 사람이 나무 밑에 있다면 사람은 나무보다 더 좋은 도체이기 때문에 나무로 유도된 번개는 고스란히 사람에게 유도된다. 따라서 번개가 칠 때에는 나무 밑으로 가서는 안된다.

반면에 자동차 안은 왜 안전할까?
속이 빈 도체의 내부는 전기장이 0 이다. 내부의 전기장이 0 이 되게끔 도체 표면에 전하가 분포하기 때문이다. 마찮가지 원리로 인해서 자동차 안의 전기장도 0 이다. 따라서 번개가 쳐도 절대 자동차 안으로는 번개가 유도되지 않는다.









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