Warum Stromschlag im Wasser?
Ich erlerne Aktuell den Elektriker und habe ein paar Fragen zum Strom. Die fragen klingen im 1. Moment vielleicht dumm
- Warum ist ein Blitzschlag gefährlich bzw. warum fließt Strom durch den Körper wenn kein Geschlossener Stromkreis vorhanden ist?
- Warum bekommt man im Wasser eigentlich einen Stromschlag, Leitungswasser Leitet doch eigentlich Besser als der Menschliche Körper warum also fließt der Strom dann durch den Köper und nicht durch das Wasser?
5 Antworten
warum fließt Strom durch den Körper wenn kein Geschlossener Stromkreis vorhanden ist?
Damit Strom fließt, muss nicht zwangsläufig ein Stromkreis vorliegen. Strom fließt, wenn ein Potentialunterschied zwischen zwei Punkten vorliegt (d.h. eine Spannung) und das dazwischenliegende Medium den Stromfluss zulässt. Dem Erdboden ordnet man als Bezugssystem ein Potential von 0 zu, eine Gewitterwolke besitzt z. B. ein Potential von 100 Millionen Volt. In der Wolke hat sich durch Reibung ein Ladungsüberschuss gebildet, also ein Überschuss von Elektronen. Bereits vor dem Gewitter ist es damit korrekt, wenn man sagt, dass zwischen der Wolke und dem Erdboden eine Spannung besteht. Ein Stromfluss findet erst dann statt, wenn sich dieser Ladungsüberschuss abbauen kann. Zuerst bildet sich ein Blitzkanal zwischen Wolke und Boden aus. Dabei handelt es sich um ionisierte Luftmoleküle (das was man als "Blitz" sieht), über diesen Kanal können dann bildhaft gesprochen Ladungsträger aus der Wolke in den Boden abwandern. Dabei sinkt das Potential in der Wolke (weil Ladungsträger aus ihr abwandern), gleichzeitig steigt theoretisch das Potential im Boden (da ja neue Ladungsträger hinzukommen), praktisch kann der Boden aber so extrem viel Ladung aufnehmen, dass die hinzukommende Ladung vernachlässigbar ist, man kann also sagen, dass das Potential des Bodens unverändert gleich 0 bleibt. In jedem Fall sinkt durch den Einschlag die Potentialdifferenz zwischen Wolke und Boden.
Wenn man sich nun einen Blitzeinschlag vorstellt, bei der die komplette Potentialdifferenz zwischen Boden und Wolke abgebaut würde, dann ist das ein einmaliges Ereignis, d.h. kein Stromkreis. Vom Stromkreis spricht man üblicherweise bei menschlichen Vorrichtungen z. B. einer Gleichstromquelle. Hier möchte man vermeiden, dass die Potentialdifferenz mit dem Stromfluss verschwindet, sondern man möchte sie erhalten, d.h. man führt hier ständig eine Ladungstrennung durch. Wieder bildlich gesprochen: Ladungsträger fließen vom Ort des Ladungsüberschusses zum Ort des Ladungsunterschusses und wenn sie dort angekommen sind, werden sie unter Zwang (in einer Batterie z. B. mit einer chemischen Reaktion) wieder zum Ort des Ladungsüberschusses geholt. D.h. die eine Hälfte des Kreises liegt zwischen Minuspol und Pluspol außerhalb der Batterie, wobei auf dem Weg der Verbraucher eingeschaltet ist, die andere Hälfte zwischen Pluspol und Minuspol innerhalb der Batterie.
Warum ist ein Blitzschlag gefährlich
Es wird viel Wärme freigesetzt, wenn sich der Blitzkanal bildet, was zu Verbrennungen führt; der Stromfluss an sich verursacht Wärme und durch den Strom kann die Funktion des Herzens gestört werden, da auch dieses mit elektrischen Signalen arbeitet.
Warum bekommt man im Wasser eigentlich einen Stromschlag, Leitungswasser Leitet doch eigentlich Besser als der Menschliche Körper warum also fließt der Strom dann durch den Köper und nicht durch das Wasser?
Wasser ist kein sehr guter Leiter, reines Wasser leitet sehr schlecht, erst im Wasser enthaltene Elektrolyte sorgen für eine gute Leitfähigkeit. Hier einmal Leitfähigkeiten verschiedener Stoffe im Überblick (mit Zehnerpotenzen; Einheit in S/m; Werte in absteigender Reihenfolge):
Kupfer: 5,8 10^7
Meerwasser: 5
Leitungswasser: 5 10^-3
Reines Wasser: 5,5 10^-6
Die nasse Haut eines Schwimmers wird wohl so ähnlich wie Meer- oder Leitungswasser leiten. Im Wesentlichen ist die Gefahr aber dadurch gegeben, dass ein Schwimmer eine erhöhte Position darstellt, dieser dem Blitz also einen kürzeren Weg zwischen Wolke und Wasser bietet.
Als jemand, der das Buch "Der Kugelblitz" (von Herbert Boerner) gelesen hat, kann ich sagen, dass die Erklärung oben zu den Blitzen schon wirklich gut ist.
Das Kugelblitzbuch kann ich empfehlen. Es ist ein recht interessantes Fachbuch zur Blitzforschung, was aber gleichzeitig verständlich geschrieben ist, wenn man sich dafür interessiert. Da tauchen Begriffe wie negativer Erdblitz, positiver Erdblitz, Wintergewitter, Elmsfeuer, Blitzkanal, Nebenkanal, Potentialdifferenz, Farbspektren von heißer Luft, etc. auf.
Strom kann im geschlossenen Kreis dauerhaft fließen (geschlossener Stromkreis) oder als kurzer Entladungsstrom zwischen zwei Körpern mit unterschiedlicher elektrischer Aufladung, meist im Bereich von tausendstel Sekunden.
Infolge meteorologischer Prozesse laden sich Gewitterwolken elektrisch auf (meistens negativ) und entladen sich in einem kurzen Blitz gegenüber anderen Wolken (positiv oder neutral) oder gegenüber der (neutralen) Erde.
Das menschliche Blut hat mit 0,009% einen deutlich höheren Salzgehalt als Leitungswasser oder Quellwasser und leitet daher auch elektrisch besser. Allerdings ist beim menschlichen Körper meistens der höhere Hautwiderstand zu berücksichtigen.
Beim Blitzschlag im Wasser sind viele Szenarien vorstellbar. Nehmen wir einmal den besonders gefährdeten Badenden im Süßwasser mit dem Kopf über dem Wasserspiegel und den nackten Füßen auf dem Gewässerboden.
Der Blitz trifft vorzugsweise in den über dem Wasser aufragenden Kopf. Der Übergangswiderstand ist am nassen Kopf vergleichsweise gering. Der Widerstand des Blutes ist geringer als der des Seewassers. Die nasse Körperhaut mit geringem Übergangswiderstand hat eine sehr große Kontaktfläche zum Wasser von einigen Quadratmetern. Und der nasse Sandboden unter den nackten Füßen weist die 200 000-fache elektrische Leitfähigkeit auf im Vergleich zum Seewasser! Der Weg zur Erde führt also über die Hautfläche durch das Wasser und über die Füße direkt in den nassen Sand. Hochgefährlich!
Nehmen wir dagegen den wenig gefährdeten Fisch im Salzwasser: Das Salzwasser leitet viel besser als das salzarme Blut des Fisches. Wenn beim Blitzschlag in das Wasser der Fisch zufällig in eine nahe Region mit elektrischer Potentialdifferenz gerät, dann wird der Strom also weitgehend um den Fisch herum geleitet wie bei einem Faraday'schen Käfig. Der Fischkopf ragt üblicherweise nicht als "Empfangseinrichtung" über das Wasser auf. Und mit dem hochgradig geerdeten Gewässerboden hat der Fisch schon gar keinen Kontakt. Der Fisch im Salzwasser ist bei Gewitter besser geschützt als die Kuh auf der Weide mit den Füßen am Boden.
- Strom fließt nicht durch den Körper, wenn kein geschlossener Stromkreis da ist. Beim Entladen des Blitzes gibt es eine Entladung zum Boden hin. Da fließt Strom.
- Strom geht über alle Wege, auch jene, die schlecht leiten. Je öher der Widerstand, desto weniger fließt allerdings. Dieses Wenig kann aber schon zu viel für das Herz sein.
Der Blitz gleicht Ladung aus Richtung Erde. Wenn die Spannung so hoch ist, dass sich aus der nicht leitenden oder eher gesagt schlecht leitenden Luft ein Plasma bildet, ist jeder Gegenstand „besser als Luft“. Egal wo er sich befindet. Vielleicht wärst du im Wasser safe wenn du komplett untertauchst, aber dann ertrinkst du halt. In jedem anderen Fall guckt was raus und erspart dem Blitz ein paar Zentimeter Luftsprung (Plasma).
Du würdest um die Einschlagstelle im Wasser ebenfalls sterben.
Die Stromdichte nimmt vom Eintrittspunkt mit 1/r² ab. Wenn man zu nahe drann ist geht Strom auch durch den Körper auch wenn er von Wasser umgeben ist.
Daher ist der Blitzschlag auch dann tödlich wenn man nicht direkt getroffen wird.
Die Stromdichte nimmt mit 1/r² von der Einschlagstelle ab. Über das ohmsche Gesetz hast du auch ein abnehmendes Potential. Wenn du mit deinen Beinen nun dieses Potential überbrückst führt das zu einem Stromfluss durch den Körper.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Schrittspannung
Das selbe gilt auch im Wasser.