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중국의 모래폭풍에서 전기가 발생하는 이유

Posted at 2005-12-04 03:34:56

모래폭풍이 공간적 전기구조 및 전기를 일으키는 원리를 알아내기 위하여 중국 과학원에서 추운 지역 및 건조지역 환경, 공정 연구소(Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, http://www.casnw.net)의 연구원 굴건군(屈建軍)등은 모래폭풍이 전기를 일으키는 현상을 실내 대형 동굴에서 모의 실험을 하였다. 모의 실험은 이 연구소의 사막 및 사막화 중점 실험실 나무 구조의 바람 통과 가능한 동굴에서 진행하였다. 현재 발견에 의하면 모래폭풍 발생과정 중에서 강렬한 음극 전기장을 동반한다. 모래폭풍은 강한 풍력과 두꺼운 먼지로 사람들에게 큰 재해를 입힐 뿐만 아니라 방전형상이 동반한다. 예로, 고압전선 불꽃 방전 현상, 전기 수송망 스위치가 자동으로 꺼짐, 전기 설비가 교란 받는등 현상이 있다. 모래폭풍 발생시 전하의 분리가 일어나 공간적 전하구조를 형성하고 전기 도선에서 고압전기를 형성한다. 이런 고압전위는 통신의 품질에 영향을 줄 뿐만 아니라 심하면 신호의 중단 및 오류를 형성하고 또 전기 선로 설비를 구멍 나게 하여 사람에게 큰 위협이 된다.&nbsp; 모래폭풍 전기장의 형성은 주로 모래입자 사이 및 모래입자와 지면 사이의 부딪침과 마찰에 의해 모래 표면의 전하의 전이와 분리를 형성한다. 전기장 강도의 크기는 모래입자 표면 전하의 전이량과 비례한다. 대칭되지 않는 마찰에 의해 전기 일으키는 과정에서 마찰에 의한 열의 형성은 모래입자 표면의 음이온과 양이온을 서로 다른 방향으로 이동하게 한다. 큰 입자와 작은 입자의 부딪침은 작은 입자는 음전하를 띠고 큰 입자는 양전하를 띠게 하며, 지면과의 부딪침은 모래입자로 하여금 음전하를 띠고 지면은 양전하를 띠게 한다. 또 이 강도는 모래먼지 물질의 운동상태, 바람속도, 모래먼지 입자 직경, 수분함량, 기류 안정성 및 높이에 따라 변한다. 이런 전기장의 구조는 모래먼지 물질의 유동, 약동 및 매달림 운동과정에서의 전하의 생성, 전이, 분리와 관계된다.&nbsp; 모의 모래폭풍의 유동, 약동, 매달림 운동등 과 3가지 실험의 기본 조건을 만족시키기 위하여 굴건군(屈建軍)은 동굴의 절단면에 바닥에 깐 모래가 모래바람을 형성할 수 있는 장치를 설치하고 동굴의 위에서 모래먼지 물질을 부어 넣을 수 있는 모래공급기를 설치하여 모래먼지 구름을 형성하게 하였다. 동시에 야외 사막지역의 모래폭풍 물질의 운동상태와 접근하게 하기 위하여 동굴의 바닥에 일정 두께의 모래를 깔아서 일정 풍속의 영향하에서 모래바람을 형성하게 하였다. 이로서 유동 및 약동 과정에서의 전하이동을 연구 하였고 또 동굴 위 출구에서 모래를 부어 넣어 모래가 모래먼지 구름을 형성하게 함으로서 모래먼지의 매달림 과정에서의 전하이동을 연구한다. 이외에도 모래먼지 물질이 수증기의 응결핵이기 때문에 모래폭풍이 중국 서북부의 건조지역에서 동남부의 반건조, 반습윤 및 습윤지로 이동하는 과정에서 공기 습도의 증가에 의해 모래 입자 표면의 수분이 증가하고 심지어 강수, “비 흙”, “비 모래”, “눈 모래”등 날씨가 동반한다. 모래의 수분 함유량이 모래입자 전기 형성에 대한 영향을 연구하기 위하여 수분 첨가 모래먼지 매달림 실험을 진행하였다.&nbsp; 전기장 형성에 대해 연구에 의하면, 강수, 지하수 및 대기 응결수의 영향으로 모래 표면과 모래입자간에 일정량의 수분을 함유한다. 특히 중국 서북지역은 모래폭풍의 다발 지역으로서 모래폭풍이 서북지역에서 동남방향으로 이동하는 과정에 수분함량이 점점 증가한다. 한 면으로 모래입자 표면의 수분은 대기 전기장의 작용하에서 대량의 H+와 OH-을 내고 다른 면으로는 수분이 모래의 염 성분을 용해하여 pH(수소이온농도)증가하여 약염기 조건이 된다. 이는 모래먼지 물질의 주 성분인 SiO2의 용해도를 증가하였다. SiO2는 물과 반응하여 H2SiO4을 형성하는데 이는 수용액 중에서 H+와 SiO4-로 해리 된다. 때문에 모래먼지 물질의 표면에 항상 양전하와 음전하 형성하며 H+와 OH-이 주요한 이온이다. 모래먼지 물질이 정지하여 움직이지 않는 상태에서 양전하와 음전하는 평성상태에 있기 때문에 모래먼지 물질은 일반적으로 중성을 나타낸다.&nbsp; 이와 관련된 상세한 정보는 아래와 같다. 중국 주소: 甘肅省蘭州市東崗西路260號 우편 번호: 730000 FAX : +86-0931-8273894 전화 번호 : +86-0931-8875129, +86-0931-4967549

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