Blitze und Elektrostatik in der Umwelt

1. Blitze und Elektrostatik in der Umwelt Eine Präsentation von Carina Döring, Felix Kramer, Linda Mickler

2. Gliederung • Wo begegnen Dir Blitze im Alltag? • Wie ist das möglich? • Ein kleines Quiz

3. Wo findet ihr Blitze in eurem Alltag?

4. Schüssel Müllbeutel auf einem Tisch auslegen und festkleben Metallschüssel an dem Knetgummigriff kräftig auf dem Beutel hin und her reiben Metallschüssel hoch nehmen und eine Glimmlampe daran halten Luftballon Einen Luftballon an den Haaren reiben, bis die Haare zu Berge stehen Eine Glimmlampe an den Ballon halten Zwei kleine Versuche

5. Beobachte was passiert !!

6. Die Glimmlampe leuchtet auf der der Schüssel abgewandten Seite kurz auf • Ein kurzes Knistern ist zu hören • Die Glimmlampe auf der dem Luftballon zugewandten Seite auf • Ein kurzes Knistern ist zu hören

7. Elektrizität, hist. • Die alten Griechen entdeckten, dass wenn man einen Bernstein kräftig an Tierfell oder Stoffen reibt, er anschließend eine seltsame Kraft auf kleine Stoff- oder Fellfetzen ausübt • Da das griechische Wort für Bernstein „Elektron“ heißt, nennt man diese Kraft seit ca. 1600 n.Chr. „Elektrizität“

8. Elektrizität, hist. • Später entdeckte man, dass es zwei „Arten“ von Elektrizität geben müsste, da Körper sich entweder gegenseitig anzogen oder abstießen • Man ging dazu über, sie in positive und negative Elektrizität zu unterteilen • Franklin entdeckte, dass man Körper elektrisieren kann, wenn man ihre positive von der negativen Elektrizität trennen kann  dann ist ein Körper geladen

9. Wie kann man Körper laden? • Den gleichen Effekt, den die Griechen entdeckten kann man erzielen, indem man sich mit einem Kunststoffkamm durch die Haare fährt • Dabei kann es passieren, dass man die äußeren Elektronen von Atomen der Haare abstreift und sie auf dem Kamm verbleiben • Den Haaren fehlen nun Elektronen, wodurch sie einen Überschuss an positiver Ladung besitzen • Der Kamm hat nun einen Elektronenüberschuss und ist somit negativ geladen

10. Wie entladen sich Kamm und Haare wieder? • Bringt man Kamm und Haare zusammen in Berührung, so können die überschüssigen Elektronen auf dem Kamm wieder zurück auf die Haare überspringen  Neutralisation/Ladungsausgleich

11. Wann knistert es beim Kämmen? • Ist die negative Ladung des Kammes ausreichend groß, so müssen sich Kamm und Haare zur Neutralisation nicht berühren • Kommen sie sich zu nahe, so neutralisieren sie sich, indem kleine Blitze überschlagen • Das Knistern ist also ein kleines „donnerndes Gewitter“ auf deinem Kopf

12. Ist ein Gewitter wie Haarkämmen? • In einer Gewitterwolke passiert nichts anderes, als wenn du dir die Haare kämmst • Durch starke Hitze in Bodennähe verdunstet viel Wasser  es ist drückend schwül • Der Wasserdampf steigt bis in eine Höhe in der er gefriert • Beim Sich- Auftürmen der Gewitterwolke trennen sich in ihrem Innern die Ladungen durch Reibung und Zerstäuben der Wasserteilchen: Die Eiskristalle laden sich positiv auf, die Tropfen negativ (www.weltderphysik.de)

13. Was geschieht weiter? • Die Wassertröpfchen am unteren Teil der Gewitterwolke werden immer stärker negativ geladen • Die positiven Eiskristalle befinden sich oben • Zwischen dem unteren Teil der Wolke und der Erde besteht nun ein erhebliches elektrisches Feld (ungefähr 170.000 Volt pro Meter) • Ist dieses groß genug, so blitzt es

15. „Das geht doch gar nicht!“ • Luft kann doch gar nicht leiten! Oder etwa doch??? • Offenbar schon!

16. Kann Luft leiten? • Hier ein kleiner Versuch: Der Aufbau besteht aus einem Tesla-Transformator, der die Spannung aus der Steckdose von 220 Volt auf etwa 10.000 Volt transformiert • Diese Spannung liegt an einem Metalldraht an, der einem geerdeten gegenüber steht • Bringt man die Drähte nah genug zusammen, so springt ein Lichtbogen über

17. Klicke den Versuch an! Film

18. Wie geht das? • Durch das starke elektrische Feld zwischen Gewitterwolke und Erde, oder wie hier im Versuch zwischen den beiden Drähten, wird die Luft ionisiert und somit leitfähig Aber was bedeutet das? (Wie hier im Versuch funktioniert übrigens auch ein so genannter Überspannungsableiter, wie er Anwendung bei Hochspannungsanlagen findet)

19. Leitfähigkeit durch Ionisation • Durch das elektrische Feld werden den Luftmolekülen Elektronen entzogen  sie sind ionisiert • Die Elektronen werden von der Erde entzogen, da im unteren Teil der Gewitterwolke ein Elektronenüberschuss herrscht (also ist die Erde der positive „Gegenpol“) Die Wolke liefert Elektronen nach, also fließt ein Strom zwischen Wolke und Erde  Es blitzt!

20. Aber warum leuchtet ein Blitz? • Durch Abstoßung von Erde oder Wolke werden die Ionen sehr stark beschleunigt und geben, wenn sie auf andere Luftmoleküle oder Ionen treffen Energie in Form von Licht ab  Der für uns sichtbare Blitz

21. Warum donnert es? • Ein Blitz entwickelt so hohe Temperaturen, dass sich die Luft um ihn herum schlagartig mit Überschallgeschwindigkeit ausdehnt  es gibt einen lauten Überschallknall • Durch Reflexion der Schallwellen an Bergen, Wolken, etc. gelangt der Schall über unterschiedliche Wege und somit zu unterschiedlichen Zeiten in unser Gehör (Echo)  es grummelt und grollt

22. Quiz

23. 1.) Wie viel Spannung kann in Gewitterwolken, bevor es zur Blitzentladung kommt, auftreten? • 170 Volt pro Meter • 170 Tausend Volt pro Meter • 170 Millionen Volt pro Meter • 170 Milliarden Volt pro Meter

24. 2.) Wo bist du am sichersten Platz während eines Gewitters? In der Mitte eines Feldes Im Haus unter einem Auto Flach mit dem Gesicht nach unten auf dem Boden liegend

25. 3.) Wie entsteht Donner? • Durch ionisierte Teilchen, die aufeinander stoßen • Durch Gasentladungen die gegen Gebirge oder hohe Gebäude prallen • Durch plötzliche Ausdehnung der Luft mit einer Geschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit • Durch ein starkes elektrisches Feld der sog. Blitzkanal, der auf die Erde in Schallgeschwindigkeit stößt

26. 4.) Ist das Benutzen eines Telefons während eines Gewitters gefährlich? • Ja • Nein

27. 5.) Womit kannst du keine Blitze erzeugen? • Wolle und Glimmlampe • Gummi und Glimmlampe • Metall, Plastik und Glimmlampe • Glas und Glimmlampe

28. 6.) Welche Personen werden durchschnittlich am häufigsten getötet? • Angler • Golfer • Jogger • Bauern

29. 7.) Wo schlägt der Blitz nicht ein? • In hohen Gebäuden und Bäumen • In Regenschirme • In mehreren tiefen Metern unter der Wasseroberfläche • In Haarnadeln

30. 1.) Wie viel Spannung kann in Gewitterwolken, bevor es zur Blitzentladung kommt, auftreten? • 170 Tausend Volt pro Meter

31. 2.) Wo bist du am sichersten Platz während eines Gewitters? • der weitaus sicherste Platz während eines Gewitters ist in einem Haus oder Gebäude. • Die Metall Installationen und Drähte in den Wänden bilden eine Schutz-Barriere. • Durch Blitzableiter geschützt

32. 3.) Wie entsteht Donner? • Durch plötzliche Ausdehnung der Luft mit einer Geschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit

33. 4.) Ist das Benutzen eines Telefons während eines Gewitters gefährlich? • Ja. Der Blitz kann in Telefonkabel oder Stromleitungen einschlagen und dadurch in dein Haus gelangen. Durch die Telefonschnur und den Handapparat zu dir gelangen und dir einen Stromschlag versetzen. • Schnurlose Telefone sind nicht gefährlich, da keine physikalische Verbindung besteht.

34. 5.) Womit kannst du keine Blitze erzeugen? • Glas und Glimmlampe, weil Glas ein elektrischer Isolator ist

35. 6.) Welche Personen werden durchschnittlich am häufigsten getötet? • Gemäß einer Studie von Dr. Martin A Uman, die er 1971 in seinem Buch "Understanding Lightning" veröffentlichte waren vom Blitz getöteten Personen: • 29% Bauern • 19 % Golfer • 15 % Angler • Jogger wurden in der Studie nicht aufgeführt.

36. 7.) Wo schlägt der Blitz nicht ein? • In mehreren tiefen Metern unter der Wasseroberfläche

37. Quellen • http://www.wissen.swr.de/warum/blitze/themenseiten/t3/images_content/franklingeschnitten.jpg • http://www.meteoros.de/light/blitz.htm • Was ist was, Band 24 Elektrizität, Auflage 8/1994 ,Tessloff Verlag Nürnberg • Dorn-Bader, Physik Mittelstufe, Schroedel Schulbuchverlag GmbH, Hannover 1992