Private Wetterstation Attenhofen

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Physik eines Gewitters (Elektrizität)


Ein Gewitter ist eine komplexe meteorolgische Erscheinung bei der luftelekrische Ladungen auftreten.

Die Atmosphäre entspricht durch Ladungsteilung einem riesigem Kondensator. Dabei bildet die Ionosphäre (50 km über der Erdoberfläche) den positiven Ladungsträger (Ladungsplatte) und der Erdboden den negativen Ladungsträger. Durch Höhenstrahlung entstehen durch Ionisation der Luftmoleküle auf natürliche Weise Ionen, die einen beständigen Ausgleichsstrom zwischen den beiden Kondensatorplatten (Boden und Ionosphäre) bilden.
Wenn sich ein Gewitter bildet, wird dieser natürliche Ladungsausgleich unterbrochen und heftige Spannungen bauen sich in Folge des nicht vorhandenen Ladungstransports auf.

Unterdessen im Gewitter:
Durch starke Aufwinde werden Wassertröpfchen nach oben transportiert, wo sie zu Eiskristallen gefrieren. Durch Auf- und Abwinde innerhalb der Wolke entstehen bei Zusammenstößen der Hydrometeore (alle kondensierten Bestandteile des Wassers in flüssiger und fester Form) starke Reibungen, wobei die Teilchen Ionen (genau genommen: H+ und OH-) austauschen. Dabei geben die leichteren Eiskristalle ein Elektron beim Zusammenstoß an die Graupelteilchen ab. Daher sind die leichten Eiskristalle positiv geladen und schweren Graupel- und Wasserteilchen negativ geladen. Die Eiskristalle werden nun aufgrund es geringeren Gewichts im Aufwind schnell nach oben transportiert, sodass der Amboßschirm eine stark positive Ladung trägt. Derweil bleiben die Wasser- und Graupelteilchen relativ gesehen hinter den Eiskristallen im Aufwind zurück und fallen später in der Wolke herab, weswegen sie somit in den unteren Wolkenteilen und an der Wolkenbasis den negativen Ladungsschwerpunkt bilden.
Dabei können sogar schon Turbulenzen und Wasserteilchenkollisionen im Aufwind zu mesoskalig elektrostatischen Aufladungen innerhalb der Wolke führen. Generell ist bei starken Gewittern bereits der Aufwind positiv und der Abwind überwiegend negativ geladen.
Durch diese angesprochene Ladungsverteilung entstehen somit die verschienden Raumladungen in der Gewitterwolke. Der Erdboden ist dabei - wie oben erläutert - leicht negativ geladen.

Wenn die Spannung zwischen zwei Ladungspolen nun groß genug ist, entsteht im Vorfeld eines Blitzes ein unsichtbarer Elektronenkanel. Wenn dieser geschlossen ist, wird schlagartig durch Elektronenfluss Spannung abgebaut, was im Volksmund Blitz genannt wird.
Weil dabei der die Luft rasend schnell erhitzt wird und sich deswegen ausdehnt, entsteht ein Überschnallknall: Der Donner.

Es gibt folgende Arten eines Blitzes:
Wolkenblitz: Von Wolke zu Wolke oder innerhalb einer Wolke zwischen den Raumladungen.
Erdblitz: Von der Wolke zum Erdboden. Umgangssprchlich ein "Einschlag".

Polarität der Blitze:
Vielfach hört man von einem positiven Blitz und von einem negativen Blitz. Nachstehend eine kurze Erklärung:
Bei einem Negativblitz (rasselnd, ratternd, höherer Ton, "knackend") entsteht ein Potentialausgleich (Blitz) zwischen der stark negativ geladenen Wolkenunterseite und dem leicht negativ geladenem Erdboden. Dabei werden negative Ladungen zum Erdboden transportiert, weshalb man von einem Negativblitz spricht.
Bei einem Positivblitz (knallend, kraftvoll, polternd, tiefer Basston, "Kanonenschlag") entsteht der Spannungsausgleich zwischen der stark positiv geladenen Wolkenoberseite und der leicht negativ geladenen Erdoberfläche. Dadurch wird dem Erdboden positive Ladung zugeführt, weshalb man vom Positivblitz spricht. Durch den längeren Weg und der daraus resultierenden massiven Spannung, ist diese Art deutlich länger, lauter und mehr schadensträchtig.

Positivblitzschlag:
http://www.youtube.com/watch?v=U3robyr_klU&feature=related

Negativblitzschlag:
http://www.youtube.com/watch?v=sBkGQuE9fUs&feature=related

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