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Wenn man die folgenden Experimente verstanden hat, weiss man im Prinzip, wie ein Blitz entsteht.
Versuche: Klebriges Styropor hüpfender Pfeffer, springendes Öl, verbogener Wasserstrahl
Material
- Kunststofflineal/Plexiglasstab
- Wolle
- Styroporkügelchen
- gemahlener Pfeffer
- Speiseöl
- Wasserstrahl
Man reibt das Lineal an der Wolle oder an Haaren und hält es dann über die Styroporkügelchen, den Pfeffer, über die Tropfen Öl oder neben den Wasserstrahl.
Die Styroporkügelchen werden vom Lineal angezogen, der gemahlene Pfeffer beginnt zu hüpfen, das Öl wird angezogen, der Wasserstrahl verbiegt sich.
Die Erklärung: Alle Körper bestehen aus Atomen, die wiederum aus einem Atomkern sowie einer Hülle aus Elektronen zusammengesetzt sind. Der Atomkern besitzt eine positive Ladung, während die Elektronen negativ geladen sind. Dabei gilt, dass ungleiche Ladungen sich anziehen.
Bei manchen Stoffen sind nun die Elektronen besonders stark an den Atomkern gebunden wie etwa bei Gummi oder Kunststoff. Auch haben diese Stoffe die Eigenschaft, dass sie anderen gerne Elektronen klauen. Genaue dies geschieht nun, wenn man das Lineal und die Wolle zusammenbringt: Elektronen wandern von der Wolle auf das Lineal. Man nennt diesen Vorgang Ladungstrennung. Die Reibung verstärkt den Effekt, da durch sie die Berührungsfläche zwischen den beiden Stoffen erhöht wird.
Schliesslich ist das Lineal negativ geladen, da es einen Überschuss an negativ geladenen Elektronen besitzt, und die Wolle ist positiv geladen, da sie Elektronen verloren hat. Die Styroporkügelchen sind nun im Vergleich zum Lineal ebenfalls positiv geladen und werden damit vom Lineal angezogen.
Reibt man übrigens Wolle an einem Glasstab, so ist die Wolle das Material, das Elektronen klaut, da seine Elektronen im Vergleich zu denen des Glases stärker an den Atomkern gebunden sind.
Dieses Phänomen im Alltag
Jeder hat durch eine elektrostatische Entladung schon mal ordentlich eine gewischt bekommen. Auch hier ist Ladungstrennung im Spiel. Geht man zum Beispiel mit Gummisohlen über einen Teppich kann es sein, dass man auf eine Spannung von mehreren Tausend Volt aufgeladen wird. Diese entlädt sich dann in einem schmerzhaften Funkenschlag, wenn wir eine Türklinke oder eine andere Person berühren.
Eine Gefahr geht von einem solchen Miniblitz nicht aus. Zwar liegt eine hohe Spannung vor, aber der Strom, der während der Entladung fliesst, tut dies nur für den Bruchteil einer Sekunde und die Stromstärke liegt im Milliampere-Bereich.
Kritisch wird das Ganze, wenn durch den Funken leicht entzündliche Stoffe in Brand gesetzt werden. Auch Elektronikbauteile wie bestimmte Halbleiter oder Kondensatoren sind in Gefahr, da sie bereits bei Spannungen von mehreren Volt zu Bruch gehen können.
Allerdings hat die Ladungstrennung auch ihre nützlichen Seiten. Beim Autolackieren wird zum Beispiel mitunter die fein zerstäubte Farbe positiv und die Karosserie negativ aufgeladen, so dass sich die Farb-Tröpfchen gleichmässig auf der Karosserie verteilen.
Bei Blitzen handelt es sich um nichts anderes als eine elektrische Entladung. Dies konnte Benjamin Franklin (1706 – 1790) nachweisen. Die Ladungstrennung tritt dabei zwischen Wassertröpfchen und Eiskristallen auf, die sich gegeneinander bewegen.