Lichtbogenbildung beim Blitz trotz "niedriger" Spannung?
Hallo zusammen,
ich frage mich manchmal ganz seltsame Sachen und kann sie mir oft nicht erklären.
Normalerweise würde ich Googlen. Diese Frage ist wieder mal so eine, bei der ich aber leider nicht weiß, wie ich Googlen soll, da keine Fragestellung auf meine eigentliche Frage eine Antwort bringt.
Ich weiß soweit, dass es für die Überbrückung von 1mm Luft für Elektronen eine Spannung von ca. 1000V benötigt, um einen Lichtbogen zu bilden. Mir ist auch bewusst, dass die Spannung, wenn der Lichtbogen erstmal entstanden ist, danach auch niedriger sein kann und der Lichtbogen trotzdem erhalten bleibt.
Online finde ich häufig, dass Blitze, die den Boden erreichen so ca. 100.000.000V (0,1 GV) Spannung aufweisen. Ich finde online auch, dass ein Blitz (also die Strecke, die der Blitz durch die Luft muss, bevor er den Boden erreicht, durchschnittlich 6km (also 6.000.000mm) lang ist.
Jetzt kann man sich die Frage wahrscheinlich schon *ableiten (Ha, Wortwitz!)
Wenn 1.000V nötig sind, um 1mm zu überbrücken, warum reichen einem Blitz dann 100 Mio. Volt, um 6 Mio. Millimeter zu überbrücken?
Eigentlich bräuchte er doch dann mindestens 6 Mrd. Volt...
Mir wäre jetzt auch nicht bewusst, dass eine höhere Stromstärke dabei helfen würde, Strom mit niedrigerer Spannung in einen Lichtbogen zu überführen.
Selbst wenn der Regen zwischendrin immer wieder einen Leiter bildet, sind die Luftlücken zwischen den einzelnen Regentropfen doch immer noch deutlich weiter als der Blitz mit 0,1GV.
Danke im Voraus für eure Antworten! :)
3 Antworten
Bei Gewitterblitzen kommen da verschiedene Dinge noch hinzu. Man hat lokale Feldstärken bzw. Konzentrationen von Ladungen, die u.a. abhängig von der Luftfeuchtigkeit sind.
Bei einem Blitz bewegen sich extrem viele Ladungen innerhalb eines dünnen Kanals, d.h. wir haben hierbei eine sehr hohe Stromdichte und die Temperatur dieses dünnen Kanals steigt in extreme Höhen. Das wiederum ionisiert die Luft in der Umgebung und der Kanal wird somit leitfähiger. Letzten Endes schaukelt sich dieser Prozess hoch bis der Blitz die Erde trifft und die Ladungsmengen sich wieder ausgeglichen haben.
Die Länge eines Wolke-Erde-Blitzes variiert von etwa 1 km bis 3 km. Hochatmosphärenblitze ("Kobolde" oder "Elven") können aber über 50 km Länge haben. (Je niedriger der Druck ist, desto leichter kann Stoßionisation stattfinden)
Eine genaue Beantwortung der Frage ist momentan noch Forschungsgegenstand. Es ist aber bekannt, dass die Luftfeuchtigkeit und niedriger Druck die notwendige Spannung für einen Wolke-Erde-Blitz stark senkt. Ein Blitz geht nicht wie im Labor von einer festen Stelle aus sondern die Ladungen sind in einer Wolke verteilt. Diese Raumladungen sorgen vermutlich dafür, dass die Luft partiell leitfähig wird und erst dann der eigentliche Blitzschlag auftritt. Möglicherweise wird der Blitz durch kosmische Strahlung induziert. Vor dem eigentlichen Hauptblitz treten Vorentladungen auf (Hinweis: Elmsfeuer). Deshalb sind die gemessenen Spannungen von etwa 200000 Volt/m bei Blitzen zwischen Wolken größenordnungsmäßig um etwa den Faktor 10 kleiner als es den Messungen im Labor entspricht.
Bei den Wolke-Erde-Blitzen unterscheidet man zwischen Negativ-Blitzen und Positiv-Blitzen. Bei Negativ-Blitzen ist die Unterseite einer Wolke negativ und bei Positiv-Blitzen positiv geladen. Positiv-Blitze sind sehr viel seltener als Negativ-Blitze, haben aber eine vielfache Stromstärke wie Negativ-Blitze.
In
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Blitz
steht doch 'ne Menge drin, auch das:
<<< Eine Blitzentladung ist deutlich komplexer als eine reine Funkenentladung. Die der natürlichen Blitzentstehung zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten sind bis heute nicht abschließend erforscht. >>>
Die Entfernung zw. Wolke und Erde ist, wie Du schon schriebst, zu groß für eine "einstufige" Entladung. Gewitterblitze bauen sich in Stufen auf, vor der Entladung ermöglicht ein Kanal aus ionisierter Luft sozusagen eine leitfähige Strecke, wo dann die eigentliche Entladung stattfindet. Und dies auch nicht in einem "Rutsch", sondern stufenweise in sehr schneller Folge. Hat man mit Hochgeschwindigkeitskameras erforscht.