번쩍이는 번개의 비밀

2020-08-27
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비 구름이 가득한 하늘에서 갑자기 빛이 번쩍한다. 하늘에선 도대체 어떤 일이 일어나고 있는 것일까?


옛 속담에 ‘마른 하늘에 날벼락’이란 표현이 있다. 생각하지 못한 상황에 갑작스럽게 불행이 찾아올 때 쓰는 표현이다. 즉, 번개는 마른 하늘이 아닌 먹구름이 잔뜩 낀 날에 볼 수 있는 자연 현상이다. 번개는 항상 비구름과 함께 나타난다. 왜 그런 것일까?


# 비 구름 속에서 만들어지는 전기 

빗방울이 만들어지고 있는 구름 속은 매우 혼란스럽다. 구름 속의 수십억 개의 물방울과 작은 얼음 알갱이들이 구름 속을 이리저리 돌아다니기 때문이다. 이 때 알갱이들은 모두 전기적 성질을 지니고 있는데, 이것을 ‘전하’라고 한다. 전하는 (+) 성질을 띠는 양전하와 (-) 성질을 띠는 음전하가 있다. 즉, 구름 속 알갱이들은 양전하를 띠는 알갱이와 음전하를 띠는 알갱이가 있는 것이다. 


이 알갱이들은 아무 곳으로나 움직이지는 않는다. 양전하를 띠는 알갱이들은 구름의 위쪽으로 움직이고, 음전하를 띠는 알갱이는 아래쪽으로 움직인다. 이 알갱이들이 왔다 갔다 하면 어떤 일이 일어날까? 부딪치는 순간 마찰 전기가 발생한다. 구름 아랫 부분이 (-) 전기를 띠면 그 아래에 있는 지표면은 (+) 전기가 된다. 모인 전하의 량이 커져 전류의 세기가 커지면, 전하는 공기를 타고 흘러 번쩍하고 번개가 치게 되는 것이다.


번개의 원리


# 생활 속에서도 발견할 수 있는 번쩍이는 빛 

생활 속에서도 번개와 같은 번쩍이는 빛을 관찰할 수 있다. 바로 간판이나 인테리어 장식에 사용되는 ‘네온 사인’ 이다. 네온 사인은 밀폐된 유리관 안에 ‘네온’ 기체를 넣어 만든다. 네온 기체는 전기적 성질을 띠지 않다가 고압의 전기를 흘려 주면 주황색 빛을 만들어 낸다. 어떻게 빛을 만들어 내는 것일까. 고압 전기에 의해 네온 원자 속 전자(-)가 분리된다. 전자는 유리관의 (+)극으로 이동하고 네온 원자의 (+) 알갱이는 (-)극으로 이동한다. 이 때 각각의 극으로 이동하던 전자(-)와 (+)알갱이는 부딪혀 열과 주황색 빛을 만들어 낸다. 유리관 안에 넣는 기체의 종류에 따라 빛의 색은 다르게 나타난다.




# 엄마랑 아이랑,  네온 사인 램프 만들기 

네온 사인 와이어를 사용하여 직접 램프를 디자인해 보자. 네온 사인 와이어는 전선 안쪽에 형광 물질이 있어 전기를 흘려 주면 빛이 나는 원리다. 실험을 통해 자연 속에서 관찰한 현상을 생활 속에서도 찾아 보고, 과학적 원리를 탐구하여 과학적 호기심을 키워 주자.


[실험 준비물]

네온 사인 와이어, 공예용 철사, EVA (받침대), 스위치, 건전지, 가위


[실험 방법]

1. 원하는 모양을 한 붓 그리기 (펜을 떼지 않고 그릴 수 있는 그림)로 그려 준다.
2. 공예용 철사를 휘어 그린 모양대로 만들어 준다.
3. 공예용 철사 위로 네온 사인 와이어를 감아 준다.
4. 네온 사인 와이어를 스위치와 연결해 준다.
5. 공예용 철사를 EVA 받침대에 끼워 주고, 스위치도 끼워 준다.
6. 어두운 곳에서 번쩍이는 빛 모양을 관찰해 본다.


네온 사인 와이어를 철사에 감은 모습



어둠 속에서 빛을 내는 네온 사인 램프 완성!




글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 유아팀 박은주 연구원  

| 참고도서 '세상에서 젤 변화무쌍한 날씨책' - 씽크하우스 


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