Hujan deras yang turun sering kali disertai suara gemuruh dan kilatan cahaya di langit. Saat awan berubah gelap dan air hujan turun dengan deras, tiba-tiba suara petir menyambar. Fenomena ini bukan kebetulan, melainkan bagian dari proses yang terjadi di dalam awan badai, khususnya awan cumulonimbus.
Awan ini tumbuh secara vertikal ketika udara hangat dan lembap di dekat permukaan naik dengan kuat. Semakin tinggi udara bergerak, suhunya semakin rendah sehingga uap air mengalami kondensasi dan membentuk awan. Jika proses ini terus berlangsung, awan dapat berkembang menjadi sangat tinggi dan menghasilkan hujan lebat sekaligus petir.
Semua bermula dari udara hangat dan lembap yang menjadi bahan utama pembentukan badai. Ketika udara di dekat permukaan bumi mendapatkan panas, udara tersebut menjadi lebih ringan dan bergerak naik. Di atmosfer yang lebih tinggi, suhu udara lebih rendah sehingga uap air yang dibawa ke atas mulai mengalami kondensasi.
Proses ini menghasilkan awan yang semakin besar. Di dalam awan cumulonimbus, terdapat arus udara yang bergerak ke atas (updraft) dan arus yang bergerak turun (downdraft). Pergerakan udara yang sangat kuat inilah yang membuat isi awan terus bercampur. Tetes air, kristal es, dan butiran es berukuran lebih besar dapat bergerak naik-turun di dalam awan.
Ketika awan tumbuh semakin tinggi, bagian atasnya bisa memiliki suhu yang sangat rendah. Tetes air yang terbawa ke ketinggian tersebut dapat membeku menjadi partikel es. Sebagian partikel es kemudian tumbuh menjadi butiran yang lebih besar, termasuk hail atau butiran es yang terbentuk di dalam badai. Sementara itu, partikel es yang berukuran kecil masih dapat terbawa oleh arus udara ke bagian atas awan.
Di sinilah proses yang menjadi awal munculnya listrik di dalam awan berlangsung. Partikel-partikel es tersebut saling bertabrakan. Dalam proses tumbukan, terjadi perpindahan elektron sehingga sebagian partikel memperoleh muatan negatif, sementara partikel lainnya menjadi lebih positif.
Arus udara yang kuat kemudian memisahkan partikel-partikel bermuatan tersebut. Partikel es yang lebih ringan cenderung terbawa ke bagian atas, sedangkan partikel yang lebih berat bergerak ke bagian bawah awan. Akibatnya, terbentuk wilayah dengan muatan listrik yang berbeda di dalam awan.
Semakin banyak tumbukan dan pemisahan muatan terjadi, perbedaan muatan listrik di dalam awan semakin besar. Secara sederhana, awan badai bisa dibayangkan seperti baterai raksasa yang sedang mengumpulkan muatan listrik. Ketika perbedaan muatan sudah cukup besar, medan listrik di dalam awan menjadi sangat kuat. Udara yang biasanya berfungsi sebagai isolator listrik akhirnya tidak mampu lagi menahan perbedaan muatan tersebut. Terjadilah pelepasan energi listrik yang kita lihat sebagai kilatan petir.
Petir tidak selalu menyambar dari awan ke tanah. Sebagian besar kilatan justru terjadi di dalam awan atau antara wilayah awan yang memiliki perbedaan muatan. Petir dari awan ke permukaan tanah hanya salah satu jenisnya.