Ph 10

Umwelt

Die Donnerwolken anzapfen

aus CVK, Band 2, Seite 284

Schon vor etwa 250 Jahren versuchte man, der Gewitterelektrizität auf die Spur zu kommen. Man wollte nämlich nachweisen, dass ein Blitz nichts anderes ist als ein riesiger elektrischer Funken.
Zu diesem Zweck ließ z.B. der Physiker Dalibard in einem Dorf bei Paris eine 12m lange Eisenstange aufstellen, die gegen die Erde isoliert war. Beim nächsten Gewitter sollte ihr ein geerdeter Eisendraht genähert werden. Dalibard hoffte, dass im Moment des Blitzes ein Funken aus der isolierten Stange auf den geerdeten Draht überspringen würde. Das wäre dann der Beweis, dass Blitz und Funken "von gleicher Natur" sind.
Endlich, am Nachmittag des 10. Mai 1752 zog ein Gewitter auf. Ein Gehilfe und der hinzu geeilte Dorfpfarrer ergriffen den geerdeten Draht und hielten ihn in die Nähe der Stange.

Hier das Protokoll des Pfarrers:
"Ich melde Ihnen, mein Herr, was Sie erwarten. Der Versuch hat seine Richtigkeit. Heut, um zwei Uhr zwanzig Minuten nachmittags, brüllte der Donner grade über Marly; der Schlag war ziemlich stark. Die Neigung, Ihnen gefällig zu sein, und die Neugierde haben mich aus dem Lehnstuhl gezogen ... Als ich auf der Stelle anlangte, wo der eiserne Stab aufgerichtet ist, hielt ich den eisernen Draht, den ich dem Stabe nur nach und nach näherte, anderthalb Zoll ungefähr von demselben, und es fuhr aus dem Stabe ein kleiner Strahl blauen Feuers, der nach Schwefel roch ... Ich wiederholte den Versuch, im Beisein verschiedener Personen, wenigstens sechsmal in vier Minuten, und wollte damit fortfahren, aber die Wirksamkeit des Feuers ermattete nach und nach. Ich näherte mich mehr und zog nur noch einige Funken, bis sich endlich gar nichts mehr sehen ließ.
Der Donnerschlag, welcher die Veranlassung dieser Begebenheit war, wurde von keinem anderen begleitet; und der ganze Vorfall endigte sich mit einem Hagelschauer.
Im Augenblick des Versuchs war ich in alles, was ich sah, so vertieft, dass ich, da mein Arm etwas über dem Ellbogen einen Schlag bekam, nicht sagen kann, ob es bei Berührung des Drahts oder des Stabs geschehen ist.


Zur Zeit, da ich den Schlag bekam, beklagte ich mich über den Schmerz, den er mir verursachte, nicht. Da es aber nach meiner Heimkunft weh zu tun fortfuhr, entblößte ich meinen Arm und nahm eine Schwüle (Brandblase) war, die um den Arm ging, und einer solchen ähnlich sah, die ein Hieb mit Drahte gemacht haben würde, wenn man mich damit auf die bloße Haut geschlagen hätte. Der Vicarius, der Herr von Milly und der Schulmeister, denen ich die Ereignisse erzählte, beklagten sich alle drei, dass sie einen Schwefelgeruch empfänden, der, je näher sie mir kämen, desto stärker würde."
Dieses Experiment fand höchste Anerkennung und bald auch viele Nachahmer. Doch nicht immer gab es dabei einen so glücklichen Ausgang. Man unterschätzte damals die mit der Gewitterelektrizität verbundene tödliche Gefahr.

 


Benjamin Franklin bei Blitzversuch

 

Wie Blitz und Donner Entstehen

 

Blitze gehören zu den eindrucksvollsten Naturerscheinungen. Der amerikanische Naturforscher und Staatsmann Benjamin Franklin (1706-1790) hat als Erster durch Versuche gezeigt, dass der Blitz eine gewaltige elektrische Entladung ist. Aber erst in den letzten 20 Jahren ist es gelungen, die grundlegenden Vorgänge bei Gewittern zu klären.In einer Gewitterwolke werden Ladungen getrennt. Daran sind Wassertröpfchen, Eiskristalle und Graupeln beteiligt. In Laborversuchen fand man ein überraschendes Ergebnis: Fallen Graupeln bei einer niedrigeren Temperatur als –15°C durch einen "Schleier" aus schwebenden Eiskristallen und unterkühlten Wassertröpfchen. so laden sich die Graupeln negativ und die schwebenden Teilchen positiv auf. Ist dagegen die Temperatur höher als –15°C, so laden sich die sich berührenden Partner umgekehrt auf: die Graupeln positiv und die schwebenden Teilchen negativ.
In der Atmosphäre nimmt die Temperatur von oben nach unten zu. In einer Höhe von etwa 5 km herrscht eine Temperatur von –15°C. Fallen Graupeln durch den oberen Bereich einer Wolke - in mehr als 5 km Höhe -, so werden sie negativ geladen. Sie hinterlassen schwebende, positiv geladene Teilchen. In der Höhe von etwa 5 km werden die ankommenden, negativ geladenen Graupeln umgeladen: Sie geben die mitgebrachten negativen Ladungen und weitere negative Ladungen ab.

Bilder aus BSV 3

Es entsteht ein ungefähr 100 m hoher, stark negativ geladener Bereich der Wolke. Die sinkenden Graupeln sorgen durch ihre mitgeführte Ladung dafür, dass untere Wolkenteile auch positiv geladen sind. Eine Gewitterwolke ist also im oberen Bereich positiv geladen, in einer Höhe von etwa 5 km stark negativ und im unteren Bereich teilweise positiv. Der "Antrieb" der Ladungstrennung sind kräftige Aufwinde innerhalb der Gewitterwolke. Sie transportieren feuchte Luft und unterkühlte Wassertröpfchen in die Höhe. Aus ihnen bilden sich die Graupeln und der schwebende "Schleier" aus Eiskristallen und Wassertröpfchen.

Wenn genügend viele Ladungen getrennt wurden. entsteht ein Blitz. entweder zwischen den geladenen Bereichen innerhalb der Wolke oder zwischen Wolke und Erdoberfläche. Der von der Wolke zur Erde verlaufende Blitz, der Wolke-Erde-Blitz ist an den zur Erdoberfläche hin gerichteten Verästelungen zu erkennen. Durch eine Reihe von Vorentladungen wird ruckweise ein mit negativen Ladungen gefüllter Schlauch, der Blitzkanal, von der Wolke zur Erde getrieben. Durch ihn erfolgt dann die Hauptentladung, die etwa 10-4 s dauert. So verlaufen Blitzkanäle oft recht bizarr. Im Blitzkanal herrscht anfangs eine Temperatur von etwa 30000°C (viel heißer als die Sonnenoberfläche!). Diese plötzliche, extrem hohe Erwärmung bewirkt eine explosionsartige Ausdehnung der Luft. Die Folge ist der Donner.

Fragen:

  1. Wieso sind die Insassen eines Autos vor einem Blitzeinschlag geschützt, und wie verläuft der Blitz weiter, wenn er das Auto getroffen hat? Informiere Dich (z.B. in einem Lexikon) über den sog. Faradayschen Käfig.
  2. Wie soll man sich bei einem Gewitter verhalten? Was hältst Du von der Regel "Eichen sollst Du weichen, Buchen sollst Du suchen"?
  3. Wie schützt man Gebäude heutzutage gegen Blitzeinschlag?
  4. Man kann die Entfernung eines Gewitters leicht bestimmten: Ist der Zeitabstand von Blitz zu Donner beispielsweise gleich 12s, so ist das Gewitter ca. 4km entfernt. Begründe diese Faustformel. (Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 300000 km/s; die Schallgeschwindigkeit in Luft ca. 330 m/s)

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