Warum gibt es Blitz und Donner. Kindersonntagsuniversität am 9 Warum gibt es Blitz und Donner? Kindersonntagsuniversität am 9. April 2006 PD Dr. Gunter Beddies Dr. Thomas Franke Praktikumsleiter am Institut für Physik der Fakultät für Naturwissenschaften der TU Chemnitz Versuchsliste Kinder-Sonntagsuni am 9. April 2006 „Roter Faden“: Warum gibt es Gewitter? Was sind Ladungen? Welche Eigenschaften haben Ladungen? Wie werden diese erzeugt und ggf. übertragen bzw. transportiert? (Berühren, Reiben) Kann man diese Ladungen trennen, wenn ja, wie? ---> Wie erzeugt man eine Spannung? Weshalb gewittert es dann nicht andauernd? Warum erzeugt ein Gewitter Krach? Schutzmöglichkeiten, Verhaltensregeln Versuche: Reiben von Bernstein (elektrisches Feld überlagert Schwerefeld, stärkere Wechselwirkung), Plastestab (--), Glasstab (++) Holundermarkkugel, erst Anziehen dann Abstoßen, Reihenfolge umkehren, verschiedene Stäbe, Ladungslöffel, mengenartig Van de Graaf (Band-) Generator groß und klein, abstoßende Haare, evtl. „Ladungskreisel“ 2 Platten auseinanderziehen, Spannung wird größer Klebestreifen ans Elektrometer, schnell abziehen ---> Ausschlag Blitz ziehen mittels Influenzmaschine, woher kommt das Licht beim Blitz? Welche Energien spielen hier eine Rolle? Schall: Laufzeitversuch, Film zur Laufzeit Elektronen: schnell, Abgabe der Energie in Form von Licht Faradaykäfig: Schutzfunktion, evtl. Ladung hinter verschiedenen Materialien, welches isoliert? 10.)Blitzableiter, E-Felder, Spitze vor Platte, Wassertropfen, Paraffinrinne 11.)Energie im E-Feld, lautstarke Entladung 12.)Evtl. Ausdehnung Luftballon (mit flüssigem Stickstoff 13.)Röhren mit verschiedenen Drücken, Plasmaeffekt, Leitung in Gasen, Kaskadeneffekt ---> gezähmte Blitze 14.)Luftballons, Wärmeausdehnung Luft 15.)Mikrowelle Ei

Daueranimation Manuelles Gewitter mit Blech, Stroboskop, Video

Wie entstehen Gewitter? Warme Luft ist leichter als kalte Luft Feuchte und warme Luftmassen werden in große Höhen transportiert Es kommt zur Wolkenbildung Es entsteht Wind Wassertröpfchen reiben aneinander Wasser auf heiße Herdplatte, Verdunstung, Verdampfung, Wolkenbildung, Reibung, Kondensation Kalter Stickstoff bleibt unten (Nebelbildung)

Ladungstrennung Die Erde (++) bildet mit der Wolkenschicht (--) einen elektrisch geladenen Kugelkondensator Dabei entsteht eine Ladungstrennung Es sind Spannungen bis zu ca. 300.000 Volt (!!) möglich (auch bei Schönwetter) Vergleich: Batterie für Walkman: 1,5 Volt Reiben von Bernstein, Wärme, Ladung, starke Wechselwirkung, Vergleich Schwerkraft Holundermarkkugel 2 Sorten von Ladungsträgern: Plaststab negativ, Glasstab positiv Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an Mengenartige Größen, Ladungslöffel LT-Trennung im Kondensator, Statimeter als Feldstärkemessgerät Praffinrinne, Reibungselektrizität Van de Graaf – Bandgenerator, Reibungselektrizität, Berührungsspannung, Transport (Spannung kann beliebig hoch sein, ungefährlich, so lange kein Strom fließt Elektrometer als quantitatives Nachweisinstrument zur Ladungsmessung Wolken steigen auf, Kondensator auseinanderziehen, Spannung erhöht sich und ist beträchtlich hoch Blitz ziehen mittels Influenzmaschine, isolierende Luft bricht zusammen, Strom sucht sich Weg Gasentladungsröhren, Plasmaentladung, Niederdruckentladung, Leitungsvorgänge Energie vom Blitz? Blitz trifft auf unbekannten Punkt der Fläche, stochastisches Ereignis, Einschlagort kann nicht vorhergesagt werden Achtung: hier fließen Ströme! Zerstörerische Wirkung! Brandflecken!

Welche Stromstärke haben Blitze? Zwischen 2000 Ampere und 300.000 Ampere Nur zum Vergleich: sehr helle Glühlampe: maximal 0,5 Ampere Ein Blitz hat demnach mehr als die 4000-fache Stromstärke einer Glühlampe

Wie lange dauert ein Blitz? Nur Bruchteile von Sekunden W = U * I * t

Kann man aus Blitzen Energie gewinnen? Bisher nicht Der Einschlagort ist nicht vorhersehbar, es handelt sich um zufällige Ereignisse Tatsächlich nutzbare Energiemenge ist gering Zukunftsmusik

Wie entsteht der Donner? Heiße Luft beansprucht mehr Volumen als kalte Luft Der Strom im Blitzkanal heizt den Kanal schlagartig auf 30.000° C auf und es entsteht ein entsprechender Überdruck Aufgrund der Schallgeschwindigkeit von 330 m/s dauert es mehrere Sekunden, bis die Druckwelle bei einem Beobachter ankommt. Wärmeausdehnung eines Gasvolumens Luftballon in flüssigen Stickstoff Superknall mit kleinem E-Werk

Geschwindigkeitsvergleiche Auto auf der Landstraße oder auch Autobahn: 100 km / h Schall: 330 m / s bzw. ca. 1200 km / h Schall ist demnach mehr als 10 mal so schnell wie ein PKW Licht: 300000 km / s bzw. 1080000000 km / h Licht ist also 10 Mio. mal schneller als ein PKW bzw. 1 Mio. mal schneller als der Schall Video Laufzeit von Licht und Schall Bademeisterrechnung Faradaykäfig Verschiedene Abschirmung (Glasglocke, geerdetes Metallnetz) Regenmantel, Wasserrohr Spitze auf Platte des Funkeninduktors Video Blitz zur Fangentladung Blitzableiter

Hausaufgabe zur Nachahmung