비와 번개 이야기

아이들의 성장 발달 과정 중 ‘왜’ 공격이 시작될 때가 있다. “하늘은 왜 파래?”, “철은 왜 자석에 붙어?”, “전구에서는 왜 빛이 나?” 이 시기는 아이가 생활 속 과학에 호기심을 보이기 시작했다는 증거다. 아이들의 반짝이는 눈망울을 보고도 “하늘이 원래 파란 거지 왜가 어딨니?”라고 말할 것인가. 사소한 질문에도 과학의 원리를 척척 설명할 수 있는 똑똑한 부모가 되자.

“아빠, 비는 어떻게 내리는 거야?”
8월 장마가 끝난 뒤에도 집중호우가 계속되고 있다. 올해만의 일이 아니다. 1990년대 들어 우리나라는 장마철 뒤 기간의 강수량이 늘어나고 있는 추세다. 전문가들은 지구온난화 등의 영향으로 대기에 포함된 수증기가 늘어나고 있다고 말한다.

“비가 내리는 이유는 말이야”
바다와 강, 호수… 지구는 물을 많이 갖고 있지. 지구는 체계적으로 생성된 행성이라 물이 지구 곳곳에 두루두루 흐르고 있어. 그래서 물이 닿은 곳에서 풀이나 나무가 잘 자라고 꽃을 피우는 거야. 그리고 풀과 나무가 있으니까 곤충이나 동물들이 살아갈 수 있는 거지. 너는 목욕탕이나 수영장에서 놀 때 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다는 것쯤은 알고 있지? 자, 그럼 높은 곳에 물은 어떻게 생기는 걸까? 그래, 비가 오면 되는 거야. 비의 물은 어디서 오는 거라고 생각해? 사실은 강이나 바다에 있는 물들이 공기가 돼서 하늘로 올라가는 거야. 그게 모아져서 구름이 되고 구름에서 비가 내리는 거지.

자, 목욕탕이 작은 지구라고 생각해봐. 욕탕 안의 물이 바다야. 욕탕에 따뜻한 물을 받아놓으면 수증기가 생기지? 물은 수증기로 변신해서 가벼워지면 위로 올라간단다. 시간이 흐른 뒤에 천장을 보면 물방울이 송골송골 맺혀 있는 걸 볼 수 있어. 목욕탕에서는 천장보다 더 높이 올라갈 수 없으니까 수증기가 천장에 닿아 쌓이면서 다시 물로 되돌아오는 거야. 이것 봐. 맺힌 물이 떨어지지? 이것이 바로 비의 원리야. 예를 들어 여름에 세탁한 옷들을 베란다에 널어놓으면 잘 마르지? 세탁물에 있던 물이 수증기가 되어 공기 중으로 날아가버리는 거야. 겨울에는 낮은 기온 때문에 조금씩 적은 양이 공기 중에 날아가니까 마르는 데 시간이 좀 더 걸리지. 바다, 호수, 강 등 여러 곳에 있는 물도 조금씩 수증기가 돼서 공기 중으로 날아가는 거란다. 공기 중으로 간 수증기는 하늘로 올라갈수록 기온이 낮아져 추워지니까 엄청 작은 물이나 얼음이 된단다. 그게 바로 구름이야. 그리고 그런 작디작은 물방울들이 합쳐져 점점 커지면 비가 되어 떨어지는 거지.

“아빠? 비가 올 때 벼락이 치는 건 왜 그래?”
“비가 오고 벼락이 많이 치는 계절은 언제지?”
“여름!”
“그래. 여름이 겨울보다 기온이 뜨겁기 때문이야. 그러니까 따뜻해진 물이 점점 많은 수증기가 되고 하늘로 날아가지. 하늘로 올라가면 구름이 점점 많아져서 구름 속에서 수증기가 물이나 얼음이 돼서 서로 부딪힌단다. 그러면서 정전기가 생기는 거야.

책받침을 머리카락에 비빈 뒤 들어 올려봐. 머리카락이 책받침에 붙어 따라 올라가지? 바로 그게 정전기야. 이런 번개 구름 속에 전기들이 점점 쌓여서 참을 수 없게 됐을 때, 공기 중의 습기와 만나게 되면 ‘우르르 쾅쾅’ 하고 땅으로 떨어지며 방전된단다. 이렇게 벼락이 칠 때 우리가 볼 수 있는 매우 밝은 불빛은 번개라고 하고 이때 나는 소리를 천둥이라고 해.

번개가 왜 빛을 내는지 넌 이미 알고 있어. 전에 전구가 빛나는 이유에 대해 설명했지? 전구의 필라멘트가 뜨거워지면서 빛나는 거야. 그거랑 같은 원리로 벼락의 경우, 무리하게 전기가 공기를 통하니까 공기가 엄청 뜨거워지는 거지. 이때 전기의 양은 무척 커서 전구보다 훨씬 뜨겁고 그래서 번개의 빛은 엄청 밝은 거야.

“벼락에 맞으면 어쩌지? 무서워”
요즘 뉴스를 보면 심심치 않게 벼락에 맞아 사람이 다쳤다는 소식이 나오긴 해. 그렇다면 사람이 벼락에 맞게 되면 얼마나 위험한지 그리고 벼락이 칠 때 어떻게 해야 안전한지 이야기해줄게.

벼락은 빛 속도의 1/10 정도로 매우 빠른 전기 방전 현상이야. 눈으로 볼 수 있는 부분은 한 줄기 불빛으로 보이지만, 실제로는 나무뿌리같이 여러 갈래의 줄기를 가지고 있어. 이 중에서 두꺼운 줄기만이 사진이나 눈으로 관찰이 가능하고 우리가 볼 수 없는 가느다란 줄기도 무수히 많지. 보통 두꺼운 줄기의 불빛의 전류 크기는 3만A(암페어) 정도이고, 작은 불빛의 전류 크기는 수십~수백A(암페어) 정도이므로 작은 줄기의 벼락에 맞으면 조금 다칠 수 있어. 일반적으로 사람이 벼락에 맞게 되면 약 80%는 심장마비로 죽는단다. 약 20%는 치료 후에 살 수 있다고 해. 그래도 그 후유증으로 근육통이나 감각 기관의 이상으로 고생할 수 있어. 벼락은 그만큼 무서운 거야. 벼락을 맞고도 살았다고 주장하는 사람들도 간혹 있지. 그러나 그런 경우 직접 벼락을 맞았다기보다 벼락에 의한 충격파를 간접적으로 느낀 후 자신이 벼락에 맞았다고 착각하는 것이 대부분이란다.

“그럼 벼락이 칠 때는 어떻게 해야 안전해?”
먼저 벼락이 치는 등 날씨가 좋지 않으면 야외활동을 하지 않는 것이 좋아. 밖에 있는 도중에 갑자기 벼락이 치면 이렇게 해. 번개가 친 다음 천둥소리가 들릴 때까지 시간을 재는 거야. 30초가 걸리지 않으면 자기 위치에서 가까운 곳에서 벼락이 치는 거니까 즉시 건물이나 자동차와 같은 안전한 장소로 대피해야 해. 이걸 ‘30-30 낙뢰 안전규칙’이라고 해. 버스정류장과 같은 부분적으로 개방된 장소는 벽면으로부터 가능한 한 멀리 떨어진 중앙쪽에서 웅크린 자세로 피해야 해. 큰 나무 옆에 서 있는 것도 위험해. 건물 안에서는 비교적 안전하지만 배관이나 욕실에서는 전기가 통할 수 있으니 샤워나 목욕을 하지 않는 것이 좋아. 또 베란다 같은 공간에는 나가지 말고!

아빠에게 한마디
가정집에서 쓰는 일반적인 콘센트의 전압은 아시다시피 220V입니다. 책받침과 머리카락 실험에서 볼 수 있는 정전기의 전압은 2,000~3,000V 정도입니다. 책받침 정전기의 전압이 훨씬 높아도 정전기에 감전되지 않는 이유는 전류가 약해서입니다. 주방에서 쓰는 랩이나 커피머신도 정전기를 이용하고 있습니다. 그리고 인류가 처음으로 발견한 전기도 정전기입니다. 전기를 실감할 수 있는 방법 중 하나는 겨울에 방을 어둡게 하고 아이의 스웨터를 벗기면 한 번에 알기 쉽습니다. 정전기로 빛이 나는 걸 눈으로 볼 수 있거든요.

■기획 / 이유진 기자 ■글 / 서상수(한국전기연구원 공학박사) ■일러스트 / 박채빈 ■자료 제공 / 한국전기연구원 낙뢰안전 가이드북