Gewitter

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo w-w-w,

Die Diskussion über die Fotoblitze hier hat mich daran erinnert, dass ich auch nochmal etwas zu Blitzen wissen wollte - allerdings in einer anderen Größenordnung …

Bis jetzt hatte ich von Blitzen im Gewitter folgende Vorstellung:
diverse Umgebungsbedingungen führen zur elektro-statischen Aufladung, die sich irgendwann durch den Blitz entläd, danach ist erstmal wieder ein wenig Ruhe, bis die nächste Raumladungszone das kritische Potential überschreitet. Gut gelgentlich kommt es auch mal zu Entladungen kurz hintereinander, aber meist ist eine Pause im Bereich meherer Minuten zwischen einzelnen Blitzen.

Vor einiger Zeit habe ich allerdings am Nachthimmel ein Gewitter beobachtet, das passt nicht so wirklich in dieses Bild:
über gut 45 Minuten lang folgte ein Blitz auf den anderen, die Zeitabstände zwischen einzelnen Blitzen waren kontinuierlich unter 5 Sekunden, z.T. auch im ms-Bereich. Ein Großteil der Blitze war Wolke-Wolke und nur gelgentlich kam ein Durchschlag Wolke-Erde.

Wurde da so schnell nachgeladen? Hatte sich da irgendwie ein Schwingkreis ausgebildet, der permanent zu Überspannungen führte? Oder wie erklärt sich das?

Gruß
peherr

#2

Hallo,

die allermeisten Blitze gehen von Wolke zu Wolke bzw. innerhal einer Wolke, nur recht wenige gehen auch mal zur Erde. Wie viel Blitze entstehen, hängt von 1000 Sachen ab (Druck, Windgeschw., Temp, Luftfeuchte, Staubgehalt, Gehalt und Form von Eiskristallen, und und und). Ich denke, es ist durchaus möglich, dass mehrere Blitze pro Sekunde zucken - und das über einen längeren Zeitraum. Warum, dazu eine kleine theoretische Betrachtung:

In Gewitterwolken herrschen unglaubliche Luftströmungen. Die Windgeschwindigkeiten können hier mehrere hundert km/h erreichen! Dabei werden Staub und Eiskristalle mitgerissen und wir in einem gigantischen bandgenerator aneinander gerieben. An den Grenzflächen von Auf- und Abwinden werden so die Ladungen getrennt.

Jeder Blitz erzeugt Stromstärken von mehreren 100000 Ampère. Der Maximalstrom während eines Blitzschlages fliesst jedoch nur während einigen wenigen Mikrosekunden (µs), weshalb ein Blitz trotz seiner ungeheuren Leistung von 10 Milliarden Kilowatt (Produkt von Spannung und Stromstärke) letztlich nur wenige Kilowattstunden elektrische Energie liefert. In 5 µs fließen bei 100000 Ampère gerade mal Coulomb, das sind etwa 8x1018 Elektronen.

Wenn man bedenkt, dass in 1m³ Luft etwa 2.7x1025 „Luft-Moleküle“ sind und eine Gewitterwolke von 200m Durchmesser und 10km Höhe des inneren Aufstiegskanals ganz grob sicher etwa 2*Pi*100m*10000m = 2000000m² „Reibefläche“ bietet, die - wenn man mal 1m Interaktions-Dicke an dieser Reibefläche annimmt - mit einem Volumen von 2x106m³ schon 2x106*2.7x1025=5.4x1031 Teilchen enthält, die heftig aneinander gerieben werden, dann reicht es aus, wenn eins von 1.5x1013 Teilchen pro Sekunde ionisiert wird, um sekündlich einen mittelgroßen Blitz zu erzeugen.

LG
Jochen

#3

Hallo!

Dabei werden Staub und Eiskristalle mitgerissen und
wir in einem gigantischen bandgenerator aneinander gerieben.
An den Grenzflächen von Auf- und Abwinden werden so die
Ladungen getrennt.

Hast Du eine Quelle für dieses Modell der Ladungstrennung? Wenn es stimmen würde, dann hätte ich einige Fragen dazu:

  • Bei Reibungselektrizität ist es erforderlich, dass zwei unterschiedliche Stoffe aneinander reiben (Beim Bandgenerator: Gummiband und Metallkamm). Welche unterschiedlichen Stoffe sollen das in einer Wolke sein?
  • Reibungselektrizität entsteht an einer Grenzfläche zwischen zwei festen Stoffen. Wie lässt sich das auf die Wolke übersetzen? Was meinst Du mit „Grenzfläche“?

Jeder Blitz erzeugt Stromstärken von mehreren 100000 Ampère.

Bei wikipedia steht: Durchschnittlich 20.000 A.

Wenn man bedenkt, dass in 1m³ Luft etwa 2.7x1025
„Luft-Moleküle“ sind und eine Gewitterwolke von 200m
Durchmesser und 10km Höhe des inneren Aufstiegskanals ganz
grob sicher etwa 2*Pi*100m*10000m = 2000000m² „Reibefläche“
bietet, die - wenn man mal 1m Interaktions-Dicke an dieser
Reibefläche annimmt - mit einem Volumen von 2x106m³
schon 2x106*2.7x1025=5.4x1031
Teilchen enthält, die heftig aneinander gerieben werden, dann
reicht es aus, wenn eins von 1.5x1013 Teilchen pro
Sekunde ionisiert wird, um sekündlich einen mittelgroßen Blitz
zu erzeugen.

Wie realistisch sind Deine Annahmen? Mit Verlaub: Ohne ein vernünftiges Modell für die Ladungstrennung in Gewitterwolken (und meines Wissens gibt es noch keins) ist eine solche Abschätzung ziemlich für die Katz.

Michael

#4

Nachtrag:
Hallo!

Ich habe zum Thema ein ziemlich lesenswertes pdf gefunden:
http://www.bergundsteigen.at/file.php/archiv/2003/2/…

Gruß, Michael

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#5

Hallo auch,

Hast Du eine Quelle für dieses Modell der Ladungstrennung?

Keine direkte. Das ist altes Schulwissen, aber stöber mal in googel.

  • Bei Reibungselektrizität ist es erforderlich, dass zwei
    unterschiedliche Stoffe aneinander reiben (Beim Bandgenerator:
    Gummiband und Metallkamm). Welche unterschiedlichen Stoffe
    sollen das in einer Wolke sein?

Korrekt ist, dass bei der stationären Ladungstrennung an Festkörpern - wie beim bandgenerator - unterschiedliche Materialien verwendet werden müssen. In der Wolke aber herrschen ganz andere Bedingungen. Ich weiß es nicht, aber ich gehe davon aus, dass hier die Wechselwirkung zwischen (mikroskopisch kleinen) Wassertropfen und/oder Eiskristallen ausreicht.

  • Reibungselektrizität entsteht an einer Grenzfläche zwischen
    zwei festen Stoffen. Wie lässt sich das auf die Wolke
    übersetzen? Was meinst Du mit „Grenzfläche“?

Ich meine mit Grenzfläche eine (+/- dicke) Schicht in der Wolke, wo diesseits und jenseits unterschiedliche Winde (zB. Auf- und Abwinde) am Werke sind. Es ist nur ein gedankliches Modell. Ich stelle mir darunter zB.die Schlauchfürmige Außengrenze des zentralen Aufwindkanals vor.

Jeder Blitz erzeugt Stromstärken von mehreren 100000 Ampère.

Bei wikipedia steht: Durchschnittlich 20.000 A.

Cool, dann reicht es nach der angg. Rechnung schon aus, wenn eins von 7.5x1013 Teilchen pro Sekunde ionisiert wird, um sekündlich einen mittelgroßen Blitz zu erzeugen.

Wie realistisch sind Deine Annahmen? Mit Verlaub: Ohne ein
vernünftiges Modell für die Ladungstrennung in Gewitterwolken
(und meines Wissens gibt es noch keins) ist eine solche
Abschätzung ziemlich für die Katz.

Nein, ist sie nicht. Nicht ganz, zumindest. Ich habe keine Ahnung über die Effizienz von Ladungstrennungen in Gewitterwolken. Diese sehr, sehr grobe Überschlagsrechnung zeigt mit aber, dass selbst bei sehr, sehr geringer Effizienz ausreichend Ladung getrennt werden _kann_ um das beobachtete Phänomen zu erklären. Nur, weil das Zahlen vorkommen, ist das kein Beweis _für_ die Richtigkeit eines Modells. Der Ansatz hier war anders herum: _Wenn_ eine einfache, grobe, ungenaue Überschlagsrechnung nach einem stark vereinfachten Modell einen sehr unwahrscheinlichen Vorgang nahelegt, um die Beobachtung erklären zu können, fehlt was im Modell oder es ist zu einfach oder falsch (oder die Beobachtung war falsch). Hier aber - denke ich - weist die Rechnung keine Werte auf, die eine Beobachtung wie die geschilderte unmöglich erscheinen lassen. Daraus schließe ich dann: Nach dem, was _ich_ weiß, kann es also durchaus möglich sein, dass pro Sekunde mehrere Blitze zucken - und das über einen längeren Zeitraum, und zwar ohne irgendwelchen einzigartigen oder extremen Annahmen machen zu müssen. That’s all.

LG
Jochen

#6

Hallo!

Okay, wenn Du einräumst, dass Deine Beispielrechnung Dein Modell weder wahrscheinlicher noch unwahrscheinlicher machen, sondern nur aufzeigen, dass das Modell der Beobachtung nicht widerspricht, bin ich einverstanden.

Ich wollte nur darauf hinweisen, dass der „gesunde Menschenverstand“ einem ganz gehörig das Bein stellen kann, wenn man sich in Gefilde begibt, an der Menschenverstand nicht gewöhnt ist. Beispiel: Wie groß ist die Kernfusions-Leistung von einem Liter Sonnenplasma? Man denkt an gigantische Werte, weil die Sonne doch so heiß ist. Tatsächlich ist es weniger als 1 Milliwatt.

Michael

#7

Hallo!

Ich wollte nur darauf hinweisen, dass der „gesunde
Menschenverstand“ einem ganz gehörig das Bein stellen kann,
wenn man sich in Gefilde begibt, an der Menschenverstand nicht
gewöhnt ist.

Gerade hier dient es ja als erster (einziger) Anhaltpunkt, den man _überhaupt_ hat, mal ausgehend von bekannten Größen und Modellvorstellungen, sich an _mögliche_ Werte heranzutasten. Genau sowas hatte ich versucht.

Beispiel: Wie groß ist die Kernfusions-Leistung
von einem Liter Sonnenplasma? Man denkt an gigantische Werte,
weil die Sonne doch so heiß ist. Tatsächlich ist es weniger
als 1 Milliwatt.

Klar, aus dem Bauch heraus würde mal erstmal viel annehmen. Doch auch hier zeigt eine einfache Überschlagsrechnung:

Radius der Sonne (ca!) = 700.000.000 m
Volumen (ca!) = 4/3*Pi*r³ = 1.4E27 m³ = 1.4E30 l

Energieausstoß (ca!) = 386E18 MW = 386E21 W

Mittlerer Energieausstoß pro Liter Volumen: 386E21 W / 1.4E30 l = 2.7E-7 W/l, also im Bereich von 1 µW/l.

Hier hat man einen Aha-Effekt. Es muß also sehr wenig Energie/Liter sein. Das Modell ist aber immer noch sehr grob. zB. findet ja in der Hülle keine Kernfusion statt, sondern nur im Kern. Dieser hat ein deutlich kleineres Volumen, nämlich nur 1.6% des Sonnenvolumens, das wären ca. 2.3E28l. Damit ergibt sich schonmal eine Fusionsleistung von 1.7E-5 W/l bzw. 17 µW.

Schließlich bleibt mir durch all die Rechnerei ein Zweifel. Du sagtest was von Milliwatt, die Rechnung sagt etwas von Mikrowatt. Da liegen drei Größenordnungen dazwischen. Hier ist also entweder mein Modell unvollständig/zu einfach oder ich habe mich verrechnet und/oder Deine Angabe nicht korrekt.

Moral: Die Überschlagsrechnung zeigt, dass ich Dir Deinen Wert nicht einfach so glauben kann und eben nochmal weiter nachforschen muß. Also: hast du eine Quelle? :wink:

LG
Jochen

PS: Quelle für meine Werte: Wikipedia „Sonne“: http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne

#8

aus Forum Naturwissenschaften allgemein, mehr Informationen
Hat nicht viel mit dem Thema zu tun, aber wenn Du mich schon bei der Ehre packst:

Strahlungsleistung der Sonne: P = 3,86 * 1026 W
Durchmesser: d = 1,39 * 109 m
Volumen: V = 4/3 * pi * d³/8 = 1,4 * 1027 m³
Leistung/Volumen: P/V = 0,27 W/m³

Ein Liter = 1 m³ => P/V = 0,27 mW/l

(Quelle: Wikipediartikel „Sonne“, Zahlenwerte auf zwei geltende Ziffern gerrundet).

Energieausstoß (ca!) = 386E18 MW = 386E21 W

Dein Fehler: 1 MW = 106 W (nicht 103 W)

(Um ehrlich zu sein: Mein Fehler war, dass ich beim Kugelvolumen pi vergessen hatte, und dann kommt ca. 0,9 mW raus, was tatsächlich „weniger als 1 mW“ ist. Dann sind wir also quitt, was die Schludrigkeit anbetrifft…)

Schon beachtlich: Um die Sonne mit irdischen Mitteln nachzubasteln, würde es reichen, wenn man Taschenlampenbirnchen ungefähr im Abstand von 1 m aufhängt (3,8V 70mA). Man bräuchte halt ziemlich viele davon…

Gruß, Michael

#9

Hallo Jochen,

In Gewitterwolken herrschen unglaubliche Luftströmungen. Die
Windgeschwindigkeiten können hier mehrere hundert km/h
erreichen! Dabei werden Staub und Eiskristalle mitgerissen und
wir in einem gigantischen bandgenerator aneinander gerieben.
An den Grenzflächen von Auf- und Abwinden werden so die
Ladungen getrennt.

Die Vorstellung von Reibungselektrizität ist beim Gewitter sicher nicht so ganz passend.
Vielmehr findet die Ladungstrennung durch Influenz statt. Ein schönes Anschauungsobjekt dazu ist der Kelvinsche Wassertropfer:
http://www.mypage.bluewin.ch/paschga/mnu/Kelvin/Kelv…
Das Grundprinzip: Durch ein elektrisches Feld werden die Ladungen in einem elektrisch leitfähigen Körper, z.B. ein Tropfen, in Feldrichtung verschoben (Influenz). Bei mechanischer Trennung des Körpers, z.B. Zerreisen des Tropfens im Wind, bleiben die „Bruchstücke“ unterschiedlich geladen. Bewegen sich die Bruchstücke nun infolge von Aufwind oder Schwerkraft entgegen der Feldrichtung, kann sich eine beliebig hohe Spannung aufbauen.

Jörg

#10

Hallo!

Bewegen sich die Bruchstücke nun infolge von Aufwind oder
Schwerkraft entgegen der Feldrichtung, kann sich eine beliebig
hohe Spannung aufbauen.

Und jetzt musst Du nur noch erklären, woher das positive Bruchstück weiß, dass es nach unten fallen soll, und das negative Bruchstück weiß, dass es nach oben steigen soll.

Die einzige Erklärung, die ich einigermaßen überzeugend fand (die aber bestimmt auch nicht der Weisheit letzter Schluss ist) stammt aus dem Bergmann-Schaefer und geht in etwa so:

Nehmen wir an, dass die Wolke schon unten ein bisschen negativ ist und oben ein bisschen positiv. Dann ist durch Influenz die Ladungsverteilung im Tropfen genau umgekehrt. Der Tropfen fällt also mit seinem negativen Ende voran nach unten und sammelt deswegen aus der umgebenden Luft vorzugsweise positive Ladungen ein. Er lädt sich also positiv auf. Auf diese Weise werden mehr und mehr positive Ladungen nach unten gewaschen.

Ob’s stimmt, weiß ich nicht, aber es ist zumindest eine Erklärung, warum die Ladungstrennung selbstverstärkend wirkt. Ehrlicherweise muss man wahrscheinlich zugeben, dass die Ladungstrennung noch nicht wirklich gut verstanden ist. Hey, es gibt noch was zu tun!

Gruß, Michael

#11

Korrektur (Vorzeichenfehler)

Nehmen wir an, dass die Wolke schon unten ein bisschen negativ
ist und oben ein bisschen positiv. Dann ist durch Influenz die

Gemeint war: unten positiv, oben negativ. (Es geht natürlich auch mit oben positiv und unten negativ, aber dann muss man die Ladungen im Wassertropfen rumdrehen)

Sorry.

Michael

#12

Korrektur (Formatierungsfehler)

Dein Fehler: 1 MW = 106 W (nicht 103 W)

Mist! Da ging die Formatierung durcheinander. Ich wollte natürlich nicht sagen, dass 1 MW = 106 W sind, sondern 106 W. Marginaler Unterschied!

#13

Hallo Michael,

Und jetzt musst Du nur noch erklären, woher das positive
Bruchstück weiß, dass es nach unten fallen soll, und das
negative Bruchstück weiß, dass es nach oben steigen soll.

Da die meisten Regelfälle in unseren Breiten ohne Gewitter stattfinden, kann man wohl davon ausgehen, dass die Bruchstücke das tatsächlich nicht wissen :wink:
In Gewitterwolken geht es aber sehr turbulent zu und da wäre es durchaus denkbar, das es eine Selektion nach Tropfengröße gibt (Große Tropfen folgen eher der Schwerkraft, kleine der Luftströmung). Wenn es jetzt auch noch eine Vorzugsrichtung bei der Teilung in große und kleine Tropfen gibt, könnte die Voraussetzung erfüllt werden, dass sich Tropfen bestimmter Größenordnung mit bevorzugter Polarität aufladen. Dann müssen nur noch Strömungsverhältnisse herrschen, bei denen die Bruchstücke vorzugsweise entgegen ihrer Entstehungsrichtung bewegt werden.

Die einzige Erklärung, die ich einigermaßen überzeugend fand
(die aber bestimmt auch nicht der Weisheit letzter Schluss
ist) stammt aus dem Bergmann-Schaefer und geht in etwa so:

Nehmen wir an, dass die Wolke schon unten ein bisschen negativ
ist und oben ein bisschen positiv. Dann ist durch Influenz die
Ladungsverteilung im Tropfen genau umgekehrt. Der Tropfen
fällt also mit seinem negativen Ende voran nach unten und
sammelt deswegen aus der umgebenden Luft vorzugsweise positive
Ladungen ein. Er lädt sich also positiv auf. Auf diese Weise
werden mehr und mehr positive Ladungen nach unten gewaschen.

Ob’s stimmt, weiß ich nicht, aber es ist zumindest eine
Erklärung, warum die Ladungstrennung selbstverstärkend wirkt.

Das finde ich nicht so plausibel. Auf diese Weise würden nur die ohnehin vorhandenen positiven Ladungen nach unten verschoben, jedoch keine neuen „gebildet“. Wenn alle unten angekommen sind, passiert nichts mehr und die Feldstärke erhöht sich durch diese Verschiebung auch nicht.

Jörg

#14

Hallo,

Dein Fehler: 1 MW = 106 W (nicht 103 W)

Danke. Mea culpa!

(Um ehrlich zu sein: Mein Fehler war, dass ich beim
Kugelvolumen pi vergessen hatte, und dann kommt ca. 0,9 mW
raus, was tatsächlich „weniger als 1 mW“ ist. Dann sind wir
also quitt, was die Schludrigkeit anbetrifft…)

Na, wenn _das_ keine Salomonische Lösung ist… ! :wink:

Schon beachtlich: Um die Sonne mit irdischen Mitteln
nachzubasteln, würde es reichen, wenn man
Taschenlampenbirnchen ungefähr im Abstand von 1 m aufhängt
(3,8V 70mA). Man bräuchte halt ziemlich viele davon…

Ja, wie so oft: Die Dosis macht das Gift…

Es war schön, von (mit) Dir zu lernen, danke nochmals.

LG
Jochen

#15

Hallo!

In Gewitterwolken geht es aber sehr turbulent zu und da wäre
es durchaus denkbar, das es eine Selektion nach Tropfengröße
gibt (Große Tropfen folgen eher der Schwerkraft, kleine der
Luftströmung).

Einverstanden.

Wenn es jetzt auch noch eine Vorzugsrichtung
bei der Teilung in große und kleine Tropfen gibt, könnte die
Voraussetzung erfüllt werden, dass sich Tropfen bestimmter
Größenordnung mit bevorzugter Polarität aufladen.

Und welcher Mechanismus könnte das konkret sein?

Das finde ich nicht so plausibel. Auf diese Weise würden nur
die ohnehin vorhandenen positiven Ladungen nach unten
verschoben, jedoch keine neuen „gebildet“. Wenn alle unten
angekommen sind, passiert nichts mehr und die Feldstärke
erhöht sich durch diese Verschiebung auch nicht.

Ich weiß nicht, ob wir über die selbe Sache sprechen. Deswegen: Schlag mich bitte nicht, wenn ich jetzt ein paar Banalitäten sage, die Du ohnehin weißt:

  • Ladungen werden nicht gebildet. Sie werden nur von einander getrennt. In neutralem Wasser sind stets 10-7 mol/l H3O>sup>±Moleküle und OH--Moleküle vorhanden. Vielleicht gibt es noch andere Mechanismen, die einen insgesamt höheren Ionisationsgrad bewirken.
  • Um ein elektrisches Feld in einem zuvor feldfreien Raum aufzubauen, genügt es, Ladung einer Polarität zu verschieben. (Beim Aufladen eines Plattenkondensators werden z. B. nur negative Ladungen der einen Platte - Elektronen - auf die andere Platte verschoben).

Deswegen bewirkt jeder Regentropfen, der selektiv Ladungen einer Polarität einsammelt und nach unten transportiert, eine Verstärkung des elektrischen Feldes. Und jede Vertstärkung des Feldes erhöht die Influenz und bewirkt eine stärkere Affinität der Wassertropfen zu einer Ladungsart.

Wie gesagt, ich kann nicht meine Hand dafür ins Feuer legen, dass dies tatsächlich der Mechanismus der Ladungstrennung ist. Aber er funktioniert und enthält keine Annahmen, die ich mir nicht erklären kann (Bei anderen Ansätzen findet man stets solche Dinge, dass große Tropfen eher positiv, kleine eher negativ sind, ohne dass ein Modell zur Erklärung angeboten wird. Aber vielleicht kenne ich auch einfach die einschlägigen Theorien zu diesem Thema nicht).

Michael

#16

Wenn es jetzt auch noch eine Vorzugsrichtung
bei der Teilung in große und kleine Tropfen gibt, könnte die
Voraussetzung erfüllt werden, dass sich Tropfen bestimmter
Größenordnung mit bevorzugter Polarität aufladen.

Und welcher Mechanismus könnte das konkret sein?

Wenn sich Gewichtskraft und Luftwiderstand am Tropfen die Waage halten, kann man sicher davon ausgehen, dass größere Tropfen durch die Luftströmung zerissen werden. Da die Luftströmung immer von unten gegen den Tropfen strömt, ist es sehr wahrscheinlich, dass es eine vertikale Asymmetrie bei der Tropfenteilung gibt. Wenn beispielsweise vorzugsweise kleine Tröpfchen aus der Unterseite des Tropfens herausgerissen und anschließend nach oben weggeblasen werden, könnte eine Ladungstrennung stattfinden. Es kann auch genau umgekehrt sein. Da die Tropfen in einer Gewitterwolke meines Wissens mehrmals ihre vertikale Bewegungsrichtung umkehren, bevor sie endgültig unten herausfallen, ist nur entscheidend, dass sich die Tropfen in Feldrichtung trennen und am Ende in entgegengesetzter Richtung Bewegen. Da sind sicher noch genauere Beobachtungen nötig.

Das finde ich nicht so plausibel. Auf diese Weise würden nur
die ohnehin vorhandenen positiven Ladungen nach unten
verschoben, jedoch keine neuen „gebildet“. Wenn alle unten
angekommen sind, passiert nichts mehr und die Feldstärke
erhöht sich durch diese Verschiebung auch nicht.

Ich weiß nicht, ob wir über die selbe Sache sprechen.
Deswegen: Schlag mich bitte nicht, wenn ich jetzt ein paar
Banalitäten sage, die Du ohnehin weißt:

  • Ladungen werden nicht gebildet. Sie werden nur von einander
    getrennt.

Ist mir natürlich klar, deswegen schrieb ich „gebildet“ in „Gänsefüsschen“

In neutralem Wasser sind stets 10-7 mol/l
H3O>sup>±Moleküle und
OH--Moleküle vorhanden. Vielleicht gibt es noch
andere Mechanismen, die einen insgesamt höheren
Ionisationsgrad bewirken.

Der Ionisationsgrad dürft hier aber keine Rolle spielen. Für die Influenz genügt bereits eine äußerst geringe elektrische Leitfähigkeit und die ist selbst in reinem Wasser immer vorhanden.

  • Um ein elektrisches Feld in einem zuvor feldfreien Raum
    aufzubauen, genügt es, Ladung einer Polarität zu
    verschieben. (Beim Aufladen eines Plattenkondensators werden
    z. B. nur negative Ladungen der einen Platte - Elektronen -
    auf die andere Platte verschoben).

Deswegen bewirkt jeder Regentropfen, der selektiv Ladungen
einer Polarität einsammelt und nach unten transportiert, eine
Verstärkung des elektrischen Feldes.

Nein, das stimmt nicht. Wenn Du Ladungen einfach nur voneinander entfernst, erhöhst Du zwar die elektrische Spannung zwischen ihnen, aber die Feldstärke nimmt ab. Beim homogenen Feld eines unendlich großen Plattenkondensators kannst Du beim Entfernen der isolierten Platten die Feldstärke bestenfalls konstant halten.

Und jede Vertstärkung des
Feldes erhöht die Influenz und bewirkt eine stärkere Affinität
der Wassertropfen zu einer Ladungsart.

Wie gesagt, ich kann nicht meine Hand dafür ins Feuer legen,
dass dies tatsächlich der Mechanismus der Ladungstrennung ist.
Aber er funktioniert und enthält keine Annahmen, die ich mir
nicht erklären kann

Die Erhöhung der Feldstärke durch Ladungstrennung funktioniert so jedenfalls nicht.

(Bei anderen Ansätzen findet man stets
solche Dinge, dass große Tropfen eher positiv, kleine eher
negativ sind, ohne dass ein Modell zur Erklärung angeboten
wird.

Das kann ich mir schon eher erklären (s.o.)

Jörg

#17

Nein, das stimmt nicht. Wenn Du Ladungen einfach nur
voneinander entfernst, erhöhst Du zwar die elektrische
Spannung zwischen ihnen, aber die Feldstärke nimmt ab. Beim
homogenen Feld eines unendlich großen Plattenkondensators
kannst Du beim Entfernen der isolierten Platten die Feldstärke
bestenfalls konstant halten.

Das gilt für den Fall, dass die Ladungen vorher schon von einander getrennt sind, und sich nur ihr relativer Abstand vergrößert. Ich sprach aber davon, dass positive Ladungen (oder negative) durch die Regentropfen aus einem zuvor insgesamt neutralen Bereich der Wolke herausgewaschen werden. Im Feldlinienbild würde das bedeuten: Für jede Ladung, die Du aus dem oberen Bereich der Wolke entfernst, musst Du eine neue Feldlinie einzeichnen. Das bedeutet: die Feldstärke nimmt zu.

Wenn Du es mit dem Plattenkondensator vergleichst, entspricht das nicht dem Auseinanderziehen der Platten (das würde für die Wolke bedeuten, dass sie in vertikaler Richtung wächst), sondern es ist ein Ladestrom, der von der einen Platte zur anderen Platte fließt. Angetrieben wird dieser Strom durch das Herabfallen der Wassertropfen.

Ich versuche es mal zu skizzieren:

Anfangszustand:

- - - -
+ -(+)-
- +(-)+
+ - + -
- + - +
+ - + -
- + - +
+ + + +

Oben bildet sich nun ein Wassertropfen (und zwar an der eingeklammerten Stelle), der unten negativ und oben positiv polarisiert ist. Auf seinem Weg nach unten schubst er die negativen Ladungen zur Seite und sammelt die positiven Ladungen ein.

Endzustand:

- - - -
+ - -
- + +
+ - -
- + - +
+ - -
- + - +
+ + + + (+++-)

Das Ladungsungleichgewicht ist größer geworden.

Michael

#18

'Nabend.

In neutralem Wasser sind stets 10-7 mol/l
H3O+-Moleküle und
OH--Moleküle vorhanden. Vielleicht gibt es noch
andere Mechanismen, die einen insgesamt höheren
Ionisationsgrad bewirken.

Der Ionisationsgrad dürft hier aber keine Rolle spielen. Für
die Influenz genügt bereits eine äußerst geringe elektrische
Leitfähigkeit und die ist selbst in reinem Wasser immer
vorhanden.

Und was meinst Du wohl, worauf diese Leitfähigkeit beruht? Richtig: darauf, dass auch reines Wasser Ionen enthält. (Regenwasser enthält natürlich zusätzlich noch allerlei Säuren).

Bestimmt spielt Influenz eine Rolle. Wie das genau aber geschieht, und wie positive und negative Ladungen sortiert werden, ist noch nicht abschließend geklärt. Dein Modell mit dem asymmetrischen Auseinanderbrechen von Wassertropfen könnte das erklären. Mein Modell der selektiven Adsorption von Ladungen auch.

Aber - und da sind wir uns wahrscheinlich einig - beides sind tatsächlich nur Modelle, und die Gewitterwolke haben wir bei weitem noch nicht so gut verstanden wie z.B. drahtlose Kommunikation. (Es gibt freilich im Internet immer auch ein paar Tesla-Jünger, die glauben, dass wir auch das noch nicht verstanden hätten…)

Schöne Grüße, ich geh jetzt in den Urlaub!
Michael

#19

Halo Michael,
auch wenn Du schon im Urlaub bist, kann ich Dir den Widersparuch nicht ersparen.

In neutralem Wasser sind stets 10-7 mol/l
H3O+-Moleküle und
OH--Moleküle vorhanden. Vielleicht gibt es noch
andere Mechanismen, die einen insgesamt höheren
Ionisationsgrad bewirken.

Der Ionisationsgrad dürft hier aber keine Rolle spielen. Für
die Influenz genügt bereits eine äußerst geringe elektrische
Leitfähigkeit und die ist selbst in reinem Wasser immer
vorhanden.

Und was meinst Du wohl, worauf diese Leitfähigkeit beruht?
Richtig: darauf, dass auch reines Wasser Ionen enthält.
(Regenwasser enthält natürlich zusätzlich noch allerlei
Säuren).

Das habe ich doch garnicht bestritten. Ich habe nur geschrieben,dass der Ionisations grad keine Rolle spielt, weil eben schon geringste Leitfähigkeit ausreichend ist. Dass diese geringe Leitfähigkeit auf Ionenbildung basiert ist doch klar. Bitte auf die Formulierung achten.

Bestimmt spielt Influenz eine Rolle. Wie das genau aber
geschieht, und wie positive und negative Ladungen sortiert
werden, ist noch nicht abschließend geklärt. Dein Modell mit
dem asymmetrischen Auseinanderbrechen von Wassertropfen könnte
das erklären. Mein Modell der selektiven Adsorption von
Ladungen auch.

Dein Modell hat noch einen entscheidenden Haken, aber dazu mehr im nächsten Posting.

Jörg

#20

Nein, das stimmt nicht. Wenn Du Ladungen einfach nur
voneinander entfernst, erhöhst Du zwar die elektrische
Spannung zwischen ihnen, aber die Feldstärke nimmt ab. Beim
homogenen Feld eines unendlich großen Plattenkondensators
kannst Du beim Entfernen der isolierten Platten die Feldstärke
bestenfalls konstant halten.

Das gilt für den Fall, dass die Ladungen vorher schon von
einander getrennt sind, und sich nur ihr relativer Abstand
vergrößert. Ich sprach aber davon, dass positive Ladungen
(oder negative) durch die Regentropfen aus einem zuvor
insgesamt neutralen Bereich der Wolke herausgewaschen werden.

Ja, wie denn nun ? Neutral oder nicht ? Ich zitiere Dich:
„Nehmen wir an, dass die Wolke schon unten ein bisschen negativ ist und oben ein bisschen positiv“
Ich würde das so verstehen, dass diese Bereiche eben nicht neutral sein sollen und die Ladungen bereits getrennt waren. Also direkt vergleichbar mit dem Plattenkondensator.

Im Feldlinienbild würde das bedeuten: Für jede Ladung, die Du
aus dem oberen Bereich der Wolke entfernst, musst Du eine neue
Feldlinie einzeichnen. Das bedeutet: die Feldstärke nimmt zu.

Na gut, dann nehmen wir mal an, der Wolkenbereich sei elektrisch neutral. Dann ist die Frage, warum ein Tropfen Ladungen herauswaschen sollte und vor allem, warum Ladungen bestimmter Polarität.

Wenn Du es mit dem Plattenkondensator vergleichst, entspricht
das nicht dem Auseinanderziehen der Platten (das würde für die
Wolke bedeuten, dass sie in vertikaler Richtung wächst),

Wenn nur die Ladungen verschoben werden, muß die Wolke nicht wachsen, aber das nur nebenbei.

sondern es ist ein Ladestrom, der von der einen Platte zur
anderen Platte fließt. Angetrieben wird dieser Strom durch das
Herabfallen der Wassertropfen.

Ich versuche es mal zu skizzieren:

Anfangszustand:

  • -(+)-
  • +(-)+

Oben bildet sich nun ein Wassertropfen (und zwar an der
eingeklammerten Stelle), der unten negativ und oben positiv
polarisiert ist. Auf seinem Weg nach unten schubst er die
negativen Ladungen zur Seite und sammelt die positiven
Ladungen ein.

Endzustand:

        • (++±)

Das Ladungsungleichgewicht ist größer geworden.

Ich weiss schon, wie Du das meinst, aber diese Theorie hat noch einen Haken. Du gehst davon aus, dass der polarisierte Tropfen ein positives und ein negatives Ende hat, sich also wie ein Dipol verhält. Dabei läßt Du außer Acht, dass diese Polarisierung nur die unmittelbare Folge eines äußeren Feldes ist und dass das tatsächliche Feld um den Tropfen herum die Überlagerung dieser beiden Felder ist. Dieses Feld um den Tropfen herum ist kein Dipolfeld sondern einfach nur eine Feldverzerrung des äußeren Felden mit einer leichten Feldstärkekonzentration zum Tropfen hin. Weshalb sollten nun Ladungen bestimmter Polarität von einem Tropfens angezogen oder abgestossen werden ?
Diese Erklärung wäre mir da einleuchtender:
Sofern es frei bewegliche geladene Teilchen in der Wolke gibt, werden sich diese bevorzugt in Feldlienienrichtung bewegen. Die mittlere Relativgeschwindigkeit zwischen Tropfen und geladenen Teilchen wäre also, je nach Ladung der Teilchen, unterschiedlich hoch. Der Tropfen würde dann häufiger mit Ladungen der Polarität zusammenstossen, die durch das äußere Feld eine Kraft nach oben erfahren.

Jörg