Entstehung von Blitzen

Ich muss in Physik einen Vortrag zum Thema "Entstehung von Blitzen" halten. Ich habe schon einiges dazu rausgesucht. Wär gut, wenn ihr mal drüberschaut und mir ein paar Tipps gebt.


Um einen Blitz in freier Natur beobachten zu können, bedarf es des genaueren Betrachtens eines Gewitters.

Gewitter entstehen meist in der warmen Jahreszeit und werden deshalb „Wärmegewitter“ genannt. Diese „Wärmegewitter“ entstehen folgendermaßen:

- die Sonne heizt die Luft am Boden auf
-aus Seen, Flüssen und sogar Pflanzen verdunstet nun das Wasser
-warme Luft steigt nach oben und je wärmer sie ist, desto schneller steigt sie (teilweise mit 100km/h)
-während des Aufstiegs kühlt die Luft wieder ab und die Feuchtigkeit kondensiert (es bilden sich winzige Wassertröpfchen und in höheren Lagen sogar Eiskristalle)
-eine Wolke ist nichts anderes als diese Tröpfchen, die nun nicht mehr gasförmig, sondern fest und damit sichtbar sind
-die Luft steigt immer weiter auf (teilweise 12km hoch)
-je höher man kommt, desto kälter wird es und bei ca. 12km fällt die Temperatur auf bis zu -65°C
-innerhalb der Wolke existieren jetzt drei verschiedene Komponenten gleichzeitig:
1)Regentropfen
2)Eiskristalle
3)Graupelteilchen
-Regentropfen und Eiskristalle sind leicht und werden deshalb von den Aufwinden nach oben getragen
-die Graupelteilchen hingegen sind schwer und sinken nach unten
-auf ihrem Weg nach unten stoßen die Graupelteilchen mit Regen- und Eisteilchen zusammen und tauschen dabei Ladung in Form von Elektronen aus (eine sogenannte „Ladungstrennung“ findet statt)
-der Begriff „Ladungstrennung“ bedeutet, dass die einen Teilchen Elektronen abgeben (also positiv geladen sind), wobei die anderen Teilchen Elektronen aufnehmen (also negativ geladen sind)
-hierbei spielt die Temperatur in der Wolke eine große Rolle
-in den Bereichen der Wolke, die kälter als -15°C sind (also in den höheren Lagen), werden die Graupelteilchen negativ und die Eisteilchen positiv geladen
-in den Bereichen der Wolke, die wärmer als -15°C sind (also in den niedrigeren Lagen), werden die Graupelteilchen positiv und die Eisteilchen negativ geladen
-nach und nach entstehen in der Wolke also 3 verschiedene Bereiche (Tripol)
-oben: starke, positive Ladung
mitte: schwache, negative Ladung
unten: schwache, positive Ladung
-durch diesen Prozess baut sich in der Wolke eine elektrische Spannung auf
-übersteigt diese Spannung einen Wert von 3 Mio. V/m, beginnt eine Entladung
-die Blitze können hierbei verschiedene Richtungen anstreben
-Forscher unterscheiden grob 6 verschiedene Blitztypen:

1)Negativer Wolke-Wolke-Blitz: Der Leitblitz läuft von einem negativen Ladungsgebiet in der Wolke zu einem positiven Ladungsgebiet in derselben Wolke.
2)Positiver Wolke-Wolke-Blitz: Der Leitblitz läuft von einem positiven Ladungsgebiet in der Wolke zu einem negativen Ladungsgebiet in derselben Wolke.
3)Negativer Wolke-Erde-Blitz: Der Leitblitz läuft von einem negativen Ladungsgebiet in der Wolke zum positiv geladenen Erdboden.
4)Positiver Wolke-Erde-Blitz: Der Leitblitz läuft von einem positiven Ladungsgebiet in der Wolke zum negativ geladenen Erdboden.
5)Negativer Erde-Wolke-Blitz: Der Leitblitz läuft vom negativ geladenen Erdboden nach oben zu einem positiven Ladungsgebiet in der Wolke.
6)Positiver Erde-Wolke-Blitz: Der Leitblitz läuft vom positiv geladenen Erdboden nach oben zu einem negativen Ladungsgebiet in der Wolke.
-eine Vermutung zu diesem Sachverhalt ist, dass die meisten Wolke-Erde-Blitze ihren Anfang also Wolke-Wolke-Blitze nehmen
-diese Blitze entstehen in der negativen Mitte der Wolke und laufen zum positiven Ladungsgebiet an der Unterseite der Wolke
-da dieses Ladungsgebiet jedoch häufig sehr schwach ist, läuft der Leitblitz weiter bis zur Erde und löst schließlich einen Wolke-Erde-Blitz aus
-die am häufigsten beobachteten Blitze sind negative Wolke-Erde-Blitze
-der Blitz breitet sich also vom negativ geladenen Teil der Wolke zur positiv geladenen Erdoberfläche hin aus
-hierbei sehen wir jedoch nicht nur EINEN Blitz, sondern mehrere, in unglaublich kurzer Abfolge hintereinander ablaufende Prozesse
1)die Elektronen im negativen Ladungsgebiet der Wolke, werden von dem straken positiven Feld der Erdoberfläche angezogen
2)dabei werden sie so strak beschleunigt, dass sie mit anderen Atomen zusammenstoßen
3)dabei werden Elektronen herausgeschlagen
4)auch die einzelnen Elektronen werden nun nach unten beschleunigt
5)sie treffen dabei auf noch vollständige Atome und schlagen auch aus ihnen Elektronen heraus
6)es entsteht eine sogenannte „Elektronenlawine“
7)diese „Elektronenlawine“ rast zur Erde und zieht einen etwa 1cm dünnen Plasmaschlau hinter sich her
8)dieser Plasmaschlauch ist der sogenannte Leitblitz
Erklärung Plasmaschlauch:
In einem Plasma haben viele Atome nicht mehr ihre übliche Anzahl an Elektronen, sondern sind ionisiert. In einem Plasma gibt es daher zum einen ionisierte und dadurch positiv geladene Atome, zum anderen viele freie negativ geladene Elektronen. Physiker bezeichnen ein Plasma wegen seiner besonderen Eigenschaften auch als vierten Aggregatzustand, neben flüssig, fest und gasförmig.

-der Leitblitz bewegt sich mit einer unglaublichen Geschwindigkeit von ca. 300km/s (=1/1000 der Lichtgeschwindigkeit)
-der Leitblitz bewegt sich ruckweise nach unten
-nach kurzen Strecken (10-200m) bleibt er für einige 10 Mikrosekunden stehen

Erklärung Mikrosekunden:
Eine Mikrosekunde beträgt ein Millionstel einer Sekunde. Oder anders ausgedrückt: Eine 1.000.000 Mikrosekunden sind eine Sekunde. Die Zeitspanne von einigen 10 Mikrosekunden liegt daher zwischen 20 bis 100 Millionstel Sekunden.

-danach verändert er entweder seine Richtung oder verzweigt sich sogar (Zickzack-Form)
-warum der Leitblitz dieses Verhalten zeigt, ist bis heute ein Rätsel
-sobald der Leitblitz bis auf einige 10m an den Erdboden herangekommen ist, wachsen ihm von Häusern, Bäumen oder Laternen sogenannte „Fangentladungen“ entgegen
-diese Fangentladungen sind positiv geladen und leuchten (ähnlich wie der Leitblitz) nur sehr schwach, weshalb sie meist nicht zu sehen sind
-kommt eine dieser Fangentladungen mit dem Leitblitz in Kontakt, entsteht eine Art Kurzschluss
-diesen Kurzschluss nennt man auch „Hauptentladung“ (engl.: return stroke)
-die im Leitblitz gesammelten negativen Ladungen fließen nach unten ab (ausgehend von der Einschlagstelle)
-die Hauptentladung passiert dem vorgezeichneten Weg des Leitblitzes von unten nach oben (Geschwindigkeit: 100.000km/s = 1/3 der Lichtgeschwidigkeit)
- das Plasma im Blitzkanal wird innerhalb von Mikrosekunden durch den enormen Stromfluss auf bis zu 30.000°C erhitzt und leuchtet auf
-erst dieses Aufleuchten ist für uns als Blitz wahrnehmbar
-durch die hohe Temperatur dehnt sich das Plasma explosionsartig aus und löst eine Schallwelle aus, welche wir als Donner bezeichnen
-häufig gibt es aber nicht nur eine Entladung, da der Blitzkanal weiterhin ein bevorzugter Weg für einen Ladungsausgleich zwischen Wolke und Erdboden ist
-kurz nach der ersten Hauptentladung kann sich daher ein zweiter Leitblitz bilden
-er folgt dem ihm durch den ersten Blitz bereiteten Weg und hält auf seinem nicht inne
-am Boden löst auch dieser Blitz wieder eine Hauptentladung aus
-dieses Phänomen kann mehrmals innerhalb einer einzigen Sekunde auftreten, da das menschliche Auge, jedoch so schnelle Prozesse nicht wahrnehmen kann, sieht es so aus, als würde der Blitz mehrfach zucken
-jeder einzelne Blitz trägt dazu bei, die Ladungstrennung in der Wolke auszugleichen
-sobald nicht mehr genug warme, feuchte Luft aufsteigt, werden auch nicht mehr genug Ladungen getrennt
-irgendwann ist die verbleibende Spannung zu klein, um einen Blitz zu erzeugen und das Gewitter löst sich auf