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Bliksem
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Wolke-Wolken-Blitz (Cloud-to-Cloud)
Blitz

Blitz ist ein elektrische Entladung in dem Atmosphäre das geht zusammen mit Donner. Die Entladung kann auftreten, weil eine große Potenzieller unterschied wurde gebaut von Ladungstrennung. Diese Ladungstrennung kann auftreten in Gewitter, aber auch bei Vulkanausbrüche. Blitz ist ein Lichtphänomen in oder gegen a Wolke, als Folge einer Blitzentladung, die aufgrund von Wolken nicht direkt beobachtet werden kann und deren Donner aufgrund der großen Entfernung nicht zu hören ist.

Rund um den Globus gibt es schätzungsweise etwa 1800 . zu einem bestimmten Zeitpunkt Gewitter aktiv[1] und es blinkt durchschnittlich 50 bis 100 Mal pro Sekunde.[2]

Es gibt verschiedene Arten von Blitzen, wobei drei Haupttypen unterschieden werden:

  • Intracloud (intracloud, IC)
  • Cloud-Wolke (Cloud-to-Cloud, CC)
  • Wolken-Erde (Wolke zu Boden, CG).

Der vierte Typ ist manchmal Wolkenhimmel (Wolke zu Luft, CA). auch Erdwolke (Boden zu Wolke, GC) wird erwähnt, wird aber auch oft unter CG gestellt.

Intrawolkenblitze sind normalerweise nicht sofort sichtbar, sondern erst, wenn die Gewitterwolke aufleuchtet, der Blitz. Dies ist die häufigste Blitzart. Bei Wolken-Erde-Blitzen sind die Blitze jedoch viel sichtbarer und daher vertrauter.

Blitze sind gefährlich. Es ist daher ratsam, Schutz zu suchen, insbesondere wenn das Gewitter nahe ist und die Zeit zwischen Blitz und Donner weniger als 10 Sekunden beträgt. Die Gefahr, persönlich vom Blitz getroffen zu werden, ist relativ gering, die Folgen können jedoch gravierend sein. In den Niederlanden sterben jedes Jahr ein oder zwei Menschen von einem Blitz getroffen.[3] In der Vergangenheit war diese Zahl viel höher. Vor 100 Jahren starben beispielsweise in den Niederlanden durchschnittlich 20 Menschen pro Jahr.

In den letzten Jahren wurde mehr über sogenannte so Sprites, Entladungen, die hoch über Gewitterwolken auftreten können.

Anzahl der Entladungen pro km²/Jahr (Quelle: NASA) Hinweis: Blitze sind sowohl am Nord- als auch am Südpol selten.
Anzahl der Einleitungen pro km²/Jahr (Quelle: NASA)
Beachten: Beide auf der Arktis wenn Südpol Blitze sind selten.
Blitz am Kathedrale von Esztergom
Gefangen in Wellen

Ursprung

Lasttrennung

Es gibt mehrere Theorien darüber, wie die Ladungstrennung zustande kommt, die zur Erzeugung von Blitzen benötigt wird. Keine kann jedoch alle Phänomene auf einmal erklären. Es ist daher möglich, dass diese Prozesse parallel ablaufen:

Die wohl bekannteste Theorie ist die von Wilson, die unter dem Einfluss des vorhandenen elektrischen Feldes eine anfängliche Ladungsverteilung in Wolken annimmt, wobei die Erde gegenüber den darüber liegenden Luftschichten bis zum . negativ geladen ist Elektrosphäre. Durch Induktion gewinnen Wolke- und Niederschlagselemente an der Spitze der Wolke haben eine negative Ladung, während diejenigen an der Unterseite eine positive Ladung haben. Dies ist möglich, weil durch Radioaktivität und kosmische StrahlungIonisation kommt in der Atmosphäre vor. Das Positive und das Negative Ionen die auf diese Weise entstehen, ziehen sich normalerweise an. Aufgrund des vorhandenen elektrischen Feldes polarisieren die Niederschlagselemente haben jedoch unten eine positive Ladung und oben eine negative Ladung. Wenn dieses Element durch die Wolke fällt, zieht die Unterseite negative Ionen an, die zur negativen Ladung des Elements beitragen. Dieser Effekt ist jedoch begrenzt, da eine größere negative Ladung positive Ionen anzieht.

Gradient

Das rote Schritt-für-Schritt-Vorwort bahnt sich seinen Weg zur entgegengesetzten Ladung. Sobald der Vorentladungskanal den Fangentladungskanal erreicht, bildet sich die Hauptentladung.

Blitz ist eine Entladung, in der Elektronen Übergang von einer negativen Ladung zu einer positiven Ladung - die Stromrichtung ist von positiv nach negativ. Die Spannung muss nicht in die Nähe der Die Spannung unterbrechen. Obwohl die Atmosphäre durch Ionisation bis zu einem gewissen Grad elektrisch leitfähig ist, ist das? Widerstand zu hoch, um Hunderte von Metern zu überbrücken. Blitze bestehen daher aus einer Reihe von Teilentladungen. Es beginnt mit lokalen Raumladungen, bei denen die Feldstärke weicht stark vom Durchschnittsfeld ab. Dies erlaubt Funken die die Luft ionisieren und so einen Vorentladungskanal mit gleich hoher Feldstärke bilden. Dieser Vorgang kann in Schritten von 50 bis 100 Metern bei einer Geschwindigkeit von etwa 150 km/s wiederholt werden. Bei der entgegengesetzten Ladung kann auf die gleiche Weise ein Fallenentladungskanal gebildet werden. Sobald die Vorentladung oder die inkrementelle Vorladung (gestufter Anführer) erreicht den Fangaustragskanal, den Hauptaustrag oder Haupthub (Rückhub), bei dem sich die Ladung mit einer Geschwindigkeit von etwa 150.000 km/s durch den Blitzkanal bewegt. Mehrere weitere Entladungen bewegen sich normalerweise durch diesen Kanal (erneut zuschlägt).

Lastverteilung in einer Gewitterwolke

Blitz oben Oradea, Rumänien, 17. August 2005

Blitze werden durch die Verteilung elektrischer Ladung über einer Gewitterwolke verursacht. Zu den Prozessen, die große Teile der Wolke unterschiedlich aufladen können, gibt es mindestens 10 Theorien. Die Ladungsverteilung an sich muss nicht zum Auftreten von plötzlichen Entladungen, den Blitzen, führen. Es gibt viele Ableitströme, die der resultierenden Ladungsverschiebung entgegenwirken, so dass Blitze nicht zwingend erforderlich sind. Es ist auch nicht ganz klar, warum es zu einer Entladung zwischen der Wolkenunterseite und dem Boden, also dem Blitzeinschlag, kommen soll. Außerdem ist die Erde ein Gut Dirigent und dass sich elektrische Ladungen gleichen Namens gegenseitig abstoßen. Da sich in den meisten Fällen die negativ geladenen Wolken unten befinden, sind unterhalb der Wolke die Elektronen werden aus der Erdkruste ausgestoßen, so dass die Erde eine lokale positive Ladung erhält. Unter der Wolke gibt es daher ein starkes elektrisches Feld, die nach oben gerichtet ist. Das elektrische Spannung in diesem Feld ist jedoch 100- bis 1000-mal zu klein, um erfüllen zu ermöglichen. Das Die Spannung unterbrechen von Himmel ist 3 Millionen Volt pro Meter. In seltenen Fällen tritt auch eine inverse Ladungsverteilung auf, mit einer positiven Ladung am Boden der Wolke und folglich einer negativen Ladung an der Erdoberfläche. In diesem Fall spricht man von a positiv Blitz bei Entladung.

Funke und Kanal

Aufgrund der unregelmäßigen Verteilung der Ladungen in der Wolke kann es lokal zu Funkenbildung kommen. Als Ergebnis dann Ionisation Position, die die Leitfähigkeit stark erhöht. Die höchsten Potentialdifferenzen wandern daher zur Spitze des leitenden Kanals. Dort bilden sich wieder Funken und der Vorgang wiederholt sich. Dieses Kettenreaktion führt somit zu einem sich selbst ausbreitenden leitfähigen Kanal, dem sogenannten Vorentladung. Dieser 'Kanal' hat übrigens nur einen Querschnitt von wenigen Zentimeter. Die Vorentladung wächst somit sprunghaft in Schritten von einigen zehn Metern in Richtung der größten Potentialdifferenzen (gestufter Anführer). Manchmal kommt es während dieses Wachstums zu Verzweigungen.

Ein wirklich großer Strom fließt noch nicht: Die (negative) Ladung verschiebt sich im leitenden Kanal gelegentlich etwas weiter, wobei dieser Kanal jedes Mal leicht aufleuchtet. Die Sinkrate der Vorentladung beträgt 'nur' ca. 1.500 Kilometer pro zweite.

Ein oder mehrere Zweige der Vorentladung können in einer Höhe von 50-100 Metern dem Boden nahe kommen. Der Kanal hat dann ungefähr die elektrische Spannung der Wolke und die Feldstärke (Volt pro Meter Höhenunterschied) über dem Boden steigt enorm an. Insbesondere über den oben genannten Punkten kommt es nicht mehr auf eine leise Ionisation an, die von St. Elms Feuer, sondern eher von heftigen Funken, die auf den sich nähernden Vorentladungskanal zueilen. Aus verständlichen Gründen wird dies als . bezeichnet Entladung einfangen.

Hauptentladung

Wenn die Fangentladung Kontakt hat, gibt es eine Art Kurzschluss zwischen den Ladungszentren in der Wolke und der Erde. Ausgehend vom Kontaktpunkt bewegen sich Elektronen dann in großer Zahl schneller. Augenblicke später füllt diese starke Strömung den gesamten Kanal. Das nennt man Hauptentladung oder manchmal auch „Rückstoß“ genannt (Rückhub). Dieses von intensiver Beleuchtung begleitete Phänomen bewegt sich mit ca. 100.000 bis 150.000 km/s vom Boden zum Wolke. Im hier skizzierten Beispiel bewegen sich die Elektronen nach unten und in unserem Sprachgebrauch wird dann die Stromrichtung nach oben berechnet. Das elektrischer Strom läuft nämlich von Plus nach Minus, im Gegensatz zu den Elektronen.

Neue Entlastung

Wenn der Blitz erlischt, findet eine schnelle Umverteilung der Ladung in der Wolke statt, da alle zugängliche Ladung verdrängt wurde. Der Kanal wird dann oft wiederverwendet, zuerst durch eine neue, schnelle, jetzt unverzweigte Vorentladung und dann durch eine neue nach oben gerichtete Hauptentladung. Nicht selten wiederholt sich das alles mehrmals. Was als Blitz wahrgenommen wird, besteht oft aus einer Reihe von sogenannten „Teilblitzen“.

Andere Ursachen

Vulkanischer Blitz während eines Eruption des Rinjanic auf Lombok 1994

Blitze treten nicht nur in Gewitterwolken auf. Das ist auch bei der Fall Vulkanausbrüche. Dieses Vulkanischer Blitz tritt rund um die auf Krater und zu einem späteren Zeitpunkt auch im Eruptionssäule.

Auswirkungen

  • Ein gewöhnliches Stück Eisen oder Stahl kann sich bei einem Blitzeinschlag in einen Magneten verwandeln.
  • Die Temperatur im Inneren des Blitzes kann etwa 30.000 °C erreichen, ist also heißer als die Oberfläche des Blitzes Sonne, das sind 5.507 °C.[4]

Sicherheitshinweise

Gewitter kommen fast nie überraschend. Die Gewittergefahr wird auch in der Wettervorhersage angegeben. Bei herannahendem Gewitter sind Innenräume im Vergleich zu Außenräumen relativ sicher.[5] Auch in einem Metall ist man sicher Wagen mit geschlossenem Dach oder MetallWohnwagen, weil sie sich wie bei einem Blitzeinschlag verhalten Faradayscher Käfig und der Ladung wird sofort entfernt. Die am Auto verbleibende Restladung ist so gering, dass nach einem Aufprall nicht, wie manchmal behauptet, gegen einen Mast gefahren werden muss.[6]

Auch ein abschließbares Metallboot kann als Faradayscher Käfig dienen, wenn man in der Kabine sitzt. Wenn auf dem Wasser Gewitter drohen, sucht man sich am besten einen sicheren Unterschlupf an Land. Die meisten Sportboote sind nicht aus Metall, sondern aus Kunststoff, haben aber einen Metallmast und sind daher bei Gewitter sehr unsicher. Ein Blitzeinschlag kann den Kiel zerreißen. Schwimmer müssen das Wasser sofort verlassen.

Wenn Sie im Freien von einem Gewitter überrascht werden, halten Sie sich am besten von hohen Punkten fern und achten Sie auch darauf, dass Sie nicht selbst der höchste Punkt sind. Auf dem freien Feld ist es am besten, mit den Füßen zusammen in die Hocke und in die Hocke zu gehen. Da Bäume Blitze anziehen, ist es sehr gefährlich, sich unter einem Baum zu schützen. Ebenfalls Buche Im Gegensatz zu dem, was manche Volksweisheiten und Wetterreime behaupten, ziehen sie Blitze an.

Es Licht Blitze sind besonders hell und ein naher Einschlag kann blenden.

Zu Hause

Ein Haus ohne Blitzableiter ist kein perfekter Faradayscher Käfig. Bei einem (beinahen) Blitzeinschlag wird die elektrischer Strom sich an Rohren vordringen und Elektrogeräte beschädigen. Allerdings können die elektrischen Felder bei einer Entladung so stark sein, dass auch nicht angeschlossene Elektronik beschädigt wird, da alle leitfähigen Teile als Antennen wirken und hohe Spannungen verursachen.

Auch ein Festnetztelefon oder Kabel von Fernsehern können Blitze leiten.[7] Elektronische Geräte können beschädigt werden und nach einem Blitzeinschlag kann ein Feuer entstehen. Es ist auch möglich, dass der Blitz nicht in das Haus einschlägt, sondern durch die Kabel eindringt.[8][9][10]

Entfernung zum Blitz

Um zu bestimmen, wie weit der Blitz entfernt ist, kann man die Sekunden zwischen dem Sehen des Blitzes und dem Hören des Donners zählen. Diese Zahl geteilt durch drei entspricht ungefähr der Entfernung in Kilometern, da sich der Schall mit einer Geschwindigkeit von etwa 340 ausbreitet. Meter pro zweite geht und das Licht erreicht Sie (fast) sofort. Da eine Gewitterwolke viele Kilometer lang sein kann, bietet diese Regel keine Gewissheit darüber, wo der nächste Einschlag sein wird.

Der höchste Punkt

Blitz schlägt 1902 in den Eiffelturm ein

Fast alle Dinge leiten Elektrizität besser als Luft. Blitze werden daher beispielsweise bevorzugt durch Bäume und hohe Gebäude fließen. Eisenzäune sind auch gute Leiter.

Der Blitzeinschlag stellt jedoch auch eine Gefahr durch die Potenzialdifferenz im Erdreich dar. Alle leitfähigen Gegenstände, wie ein Metallzaun aber auch ein menschlicher Körper, nehmen den Strom vom Boden auf und geben ihn weiter ab, weil sie besser leiten als der Boden selbst.

Als Faustregel gilt, dass Blitze von einem hohen Objekt in einem Bereich mit einem Radius von etwa 1/3 der Objekthöhe „angezogen“ werden.

In einem Wüste Blitz sucht den tiefsten Punkt. Der Sand ist sehr gut Isolator, und der Blitz sucht daher die Stelle, an der möglichst wenig Sand durchquert werden muss, um das Grundwasser zu erreichen. In einer Sandwüste findet man daher in den Tälern seltene Gläser Fulgurite Finden Sie heraus, wo der Blitzstrom durch den Sand gegangen ist.

Weitere Konsequenzen

Auch im elektromagnetischen Spektrum hat eine Entladung einen großen Einfluss. Da plötzlich ein sehr großer Strom zu fließen beginnt, entsteht ein großer Puls von Radiowellen, der in einem sehr breiten Frequenzspektrum ausgesendet wird. Dieser Puls breitet sich aus der Entladung kugelförmig aus und kann je nach Frequenz, manchmal sogar mehrfach, um die Welt wandern. Auf sehr niedrigem VLF und ULFFrequenzen (300-30.000 Hz) sind durch Gewitter auf der ganzen Welt ständig knisternd zu hören. Die sogenannte Pfeifer auf. Dies sind absteigende Pfeifen, die durch die Wechselwirkung der Blitzimpulse mit dem . entstehen Erdmagnetfeld.

Funkverbindungen mit Amplitudenmodulation Die Arbeiten können durch Gewitter stark gestört werden. Auf einen Funkempfänger die auf die zugeschnitten ist lange Welle oder der Mittelwelle, Blitze sind bereits aus großer Entfernung als Knistern wahrnehmbar, was die Empfangsqualität stark beeinflusst. Bei den höheren Frequenzen (ab ca. HF, 3 MHz), werden die Wellen schneller gelöscht und laufen weniger weit. Diese Frequenzen sind somit relativ störungsfrei. Deshalb und weil im Tropen bei Gewittern werden in diesen Gebieten für lokale und überregionale Sendungen höhere Frequenzen als die Mittelwelle verwendet, die sogenannten Tropenbänder. Bei Verbindungen mit Frequenzmodulation Es sind praktisch keine Störungen wahrnehmbar, da die FM-Technologie so konzipiert ist, dass sie unempfindlich gegenüber Signalstärkeunterschieden ist.

An der Aufprallstelle können elektrische Ströme von mehr als 100 kA Performance. Sie können zur Zerstörung eines Gebäudes oder zu einem Brand in einem Gebäude führen.

Unter dem Impuls der starken elektrischen Entladungen laufen lokal auch seltenere chemische Reaktionen ab. Zum Beispiel ist eine höhere Konzentration vorübergehend Ozon verursacht durch ein Gewitter, was die Menschen manchmal als scharfen, stechenden Geruch wahrnehmen.

Antennen

Schließlich kann eine Entladung insbesondere in der Nähe von Antennen große Folgen haben. Antennen befinden sich oft auf oder in der Nähe des höchsten Punktes, sind oft geerdet und bilden somit einen potentiellen Auftreffpunkt. Aber auch eine Entladung in der Nähe kann enorme Ströme in der Antenne und dem Antennenkabel erzeugen induzieren. Alle angeschlossenen Geräte sowie die 230VNetz (über das Stromnetz) führen zu einer Vielzahl von Geräteschäden.

Hochspannungsnetze und Blitzspannungen

Überspannung 750 kV.jpg

Ebenfalls Hochspannungsnetze Blitzeinwirkung ausgesetzt sind. Bei einem direkten Aufprall auf einen Leiter oder einen Mast des Hochspannungsnetzes können Ströme von teilweise 20 bis 50 kA über den Mast oder das Kabel zur Erde fließen und Probleme verursachen. Aus diesem Grund werden strenge Anforderungen an Hochspannungsgeräte gestellt, die in internationalen Vorschriften festgelegt sind.Um zu überprüfen, ob diese Anforderungen erfüllt sind, hat das Hochspannungslabor der KEMA In Arnheim wurden sogenannte Stoßspannungsprüfungen durchgeführt, die zeigen, ob das Material den Anforderungen entspricht.

Für eine objektive und vergleichbare Untersuchung der Spannungsfestigkeit von Isolatoren und anderen Hochspannungsmaterialien wurde die Form, der dieser Blitzstoß entsprechen muss, international genormt. Diese Form wurde nach zahlreichen Messungen von Blitzeinschlägen auf der ganzen Welt vereinbart.

Eine Explosion nach internationalen Vorschriften besteht aus einer Vollwelle mit aperiodischem Charakter.

Die Definition für diese Form ist 1,2/50 so, wobei die Zeit von 1,2 so die vordere Zeit T1 ist von Anfang 0 kV bis zum Scheitelwert und T2 (50 so) bezieht sich auf die Zeit, in der die Halbwertszeit der Stoßspannung erreicht ist. Um eine gute Vorstellung von der Spannungsfestigkeit eines Probanden zu bekommen, werden fünf positive und fünf negative Impulse gegeben, da beide Polaritäten auftreten können.

In der Grafik ist eine Spannungswelle der Form 1,2/50 so gezeigt von Hochspannungsgeräten für eine Betriebsspannung von 150 kV, die eine Blitzspannung von 750 kV umfasst. Nach 50 so ist die Halbwertszeit (T2) und die Spannung ist auf 375 kV abgesunken.

Übrigens die Gesamtzeit, die der Spannungsstoß mit Form 1,2/50 so auf 0 kV zurückfallen muss, beträgt ungefähr 400 so.

Wie unter dem Artikel Hochspannung erwähnt wird, verwenden die Niederlande eine Reihe von Spannungsebenen, die von 10 kV bis 380 kV reichen. Jeder Betriebsspannung ist eine Blitzspannung zugeordnet, wie in der folgenden Tabelle dargestellt. Die genannten Spannungen sind die Haltespannungen zwischen Phase und Masse. Bei den Prüfungen bei diesen Spannungen dürfen keine Überschläge oder Überschläge auftreten. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, liegt die Blitzspannung bei den Betriebsspannungen 220 kV und 380 kV bei rund einer Million Volt oder höher.

Betriebsspannung

(kV)

Top-Wert

Blitzspannung

(kV)

1075
20125
30170
50280
110550
150750 (siehe Grafik)
220950
3801425

Literatur

Marcel G. J. Minnaert:

  • Die Physik des freien Feldes, Teil 2: Schall, Wärme, Strom.

William R. Corliss:

  • Blitze, Polarlichter, Nachtlichter und verwandte Lichtphänomene (Das Sourcebook-Projekt, 1982).
  • Bemerkenswerte Leuchtphänomene in der Natur (Das Sourcebook-Projekt, 2001).

Siehe auch

Blitz in Dallas 2015.jpg
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