Faszination Blitzentladung

Blitze und deren Auswirkungen haben die Menschheit schon immer fasziniert, aber auch
das Fürchten gelehrt.
Benjamin Franklin ( 1706 - 1790 ) gilt als " Urvater " der Blitzforschung.
Er war es, der erkannte, daß bevorzugt an Spitzen elektrische Überschläge
stattfinden.

Die hier dargelegten Erläuterungen sollen helfen, die Physik des Blitzes etwas zu begreifen.

In den Gewitterwolken findet eine Ladungstrennung statt. Der Vorgang der Ladungstrennung
ist noch nicht eindeutig geklärt. Folgende Prozesse sind an der Ladungstrennung beteiligt:

♦ Kollision zwischen Hagelkörnern und Eiskristallen
♦ Gefrieren in den kalten Teilen der Wolke
♦ Schmelzen in der Wolke

Durch die Ladungstrennung entsteht innerhalb der Wolke eine Potentialdifferenz von bis zu 10⁸ Volt
pro Meter. Hierbei entsteht im oberen Teil der Wolke eine Ansammlung von positiven und im unteren Teil
eine Ansammlung der negativen Ladungsträgern.

Die Luft in der Troposphäre ist ein schlechter elektrischer Leiter und es kommt
zu keiner Entladung. Die Potentialdifferenz bzw. das elektrische Feld wird immer größer.
Der Vorgang ist vergleichbar mit einem großen Plattenkondensator, dessen Platten
mit immer mehr entgegengesetzter Ladungsträger versehen werden.

Das nahezu homogene elektrische Feld steigt proportional zur Ladung.

Wenn die Potentialdifferenz in der Wolke einen kritischen Grenzwert überschreitet, nimmt die
Anzahl der geladenen Teilchen rasch zu. Durch die sogenannte Stossionisation bilden sich enge,
gut leitende Kanäle. Die Struktur dieser Kanäle ist stark verzweigt und nicht geradlinig.
Die Kanäle bilden eine sich zeitlich ändernde Figur die sich im Raum ausbreitet und
wächst.
Trifft einer dieser Kanäle auf ein entgegengesetztes Ladungszentrum, tritt ein Ladungsausgleich
ein. Dieser Ladungsausgleich findet in entgegengesetzter Richtung statt und wird als Blitz
wahrgenommen und kann elektronisch registriert werden.

Durch den Blitz wird die Potentialdifferenz abgebaut. Dieser Abbau der Potentialdifferenz
bzw. die Dauer des Blitzes hat eine Zeitdauer von wenigen Mikrosekunden.
Der Hauptentladung folgen sehr oft Nebenentladungen im Abstand von Tausendsel Sekunden.

Der Blitz erwärmt die Luft im Blitzkanal sehr stark und dehnt sich dadurch explosionsartig
und hörbar aus.

Die durchschnittliche Länge des Blitzes beträgt 1-2 km.
Ruckstufen in einer Länge von 50 - 200 Metern mit einer mittleren Geschwindigkeit von etwa
300 km/s wachsen in Richtung Erde.
Nähert sich der Leitblitz dem Erdboden auf ca. 50 m - 80 m, wachsen diesem auf Grund der
erhöhten Feldstärke am Boden sogenannte Fangentladungen von der Erdoberfläche
entgegen. Erst in dieser Phase wird der endgültige Einschlagort des Blitzes festgelegt.

Bei der Blitzortung ( in Deutschland das BLIDS - System ) auf elektromagnetischem Wege geht man von
einem sogenannten Standardblitz von ca 60 kA aus.

Ein paar Hinweise sollen helfen, sich bei aufziehendem Gewitter insbesondere im Gebirge richtig
zu verhalten.

Langjährige Untersuchungen haben ergeben, daß neben den optischen, akustischen, thermischen
und druckbegleitenden Auswirkungen von Blitzen, die Blitzströme die größte Gefahr bedeuten.
Die Bedrohung läßt sich mit den folgenden vier Blitzstromparametern weitgehend quantifizieren :

♦ Scheitelwert des Stromes I_max
♦ Ladung Q = $ i dt
♦ spezifische Energie W/R = $ i² dt
♦ max. Stromsteilheit ( di/dt )_max

Der Scheitelwert des Stromes ist wichtig zur Beurteilung des maximalen Spannungsfalles.
Die auftretenden Spannungen können zu Überschlägen führen.

Die Ladung Q ist verantwortlich für das Schmelzen von Materie am Einschlagpunkt des Blitzes.

Die spezifische Energie W/R beeinflußt die mechanischen Kräfte und die
Wärmeentwicklung, wenn der Blitzstrom durch Materie fließt.

Die maximale Stromsteilheit ( di/dt )_max ist für die in offenen Schleifen magnetisch induzierte Spannung
bestimmend.

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