Ph 10

Zusatzaufgaben

Gewitter

1. Aufgabe: Energie im Gewitter
In Gewitterwolken werden durch starke Aufwinde Ladungen getrennt. Dabei treten hohe Spannungen zwischen unterschiedlich geladenen Bereichen innerhalb der Wolke, sowie zwischen Wolke und Erdoberfläche auf. (Bis 1 GV!). Wir betrachten einen Blitz, in dem bei einer Durchschnittsspannung von 40 MV eine Ladung von 15 As transportiert wird.

a) Welche elektrische Energie wird bei diesem Blitz umgesetzt?
b) Wie viele Liter Heizöl müssten verbrannt werden, um die gleiche Energie zu erhalten? (Beim Verbrennen von einem Liter Heizöl werden 38 kJ freigesetzt.)
c) Die Hauptentladung dauert 0,10 ms. Welche Stromstärke tritt dabei auf?



 

2. Aufgabe: Faustregel
Verglaster Fels an besonders ausgesetzten Punkten zeugt von häufigen Blitzeinschlägen. Die ungeheure Hitze des Blitzes lässt den Fels millimeterdick schmelzen. Anschließend verglast die Felsoberfläche.

Bei der Hauptentladung herrscht im Blitzkanal kurzzeitig eine Temperatur von bis zu 30 000 °C. Diese plötzliche extrem hohe Erwärmung bewirkt eine explosionsartige Ausdehnung der Luft, die wir als Donner hören können.


Benjamin Franklin bei Blitzversuch

Weil sich der Schall mit 330 m/s viel langsamer ausbreitet, als Licht (Lichtgeschwindigkeit c = 3,0·108 m/s) nehmen wir den Donner meist erst einige Sekunden nach dem Blitz wahr. Die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, nimmt mit wachsender Entfernung vom Gewitterzentrum ab.
Erstelle eine Faustregel, mit der du abschätzen kannst, wie weit du vom Gewitterzentrum entfernt bist!


3. Aufgabe: Blitzableitermode
In nebenstehendem Bild siehst du die Pariser "Blitzableiter-Mode" aus dem Jahre 1778. Was hältst du von dem Rat, beim Wandern stets einen geerdeten Regenschirm mitzuführen?

 

4. Aufgabe: Blitzgefahr beim Bergsteigen
Der Blitz sucht sich immer den Weg mit dem geringsten elektrischen Widerstand zur Erde. In den folgenden Bildern sind die durch einen Blitz verursachten Ströme durch schwarze Pfeile angedeutet.

 

a) Versuche den Begriff "Kurzschlussbrücke" zu erklären!

b)

 

Warum ist es gefährlich, sich während eines Gewitters

  1. nahe an einer Felswand,
  2. an der Rückwand einer Felsnische oder
  3. am Eingang einer Felsnische aufzuhalten?
c) Warum nimmt die Gefahr zu, wenn der Fels nass ist?