Blitze
Benjamin Franklin (1706-1790) gilt als Begründer der Blitzforschung. Der von ihm erfundene Blitzableiter benutzt das Prinzip, dass elektrische Überschläge bevorzugt an den Spitzen metallischer Leiter auftreten. "Franklin-Stangen" wurden auch als Blitzschutz für Spaziergänger empfohlen. Modisch waren damals auch die elektrischen Hüte, die den Blitz sicher zur Erde ableiten sollten. Viele Autos heutzutage haben noch derartige "Schwänzchen" als Ableiter statischer Elektrizität.

Vorsicht bei Gewittern!
Die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, beruht auf dieser Spitzenwirkung. Der menschliche Körper stellt dabei die Erhebung dar, die in der Ebene aufragt.
Eichen sollst du weichen,
Buchen musst du suchen.
Nein, danke!
Es ist wegen der Spitzenwirkung sehr gefährlich, Schutz unter Bäumen zu suchen. Obwohl der Blitz die Baumspitze als Punkt des Einschlages bevorzugen wird, kommt es darunter zu nachfolgenden Entladungen, da der Baum ein schlechter elektrischer Leiter ist, an dem eine hohe Spannung abfällt.
Auch wenn der Blitz nicht direkt in eine Person einschlägt, kommt es in der Nähe des Einschlagpunktes zu gefährlich hohen Spannungen entlang des Erdbodens, die zu elektrischen Schlägen führen können. Die sicherste Stellung bei einem Gewitter ist daher, sich eng auf den Boden zu hocken, um einerseits keine Erhebung für den Blitzeinschlag zu bilden und andererseits keinen Strompfad für Blitzströme im Erdreich zu bilden.
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Jacob's Ladder
Zwischen zwei Elektroden, die nach oben leicht auseinander gehen, züngeln Blitze von unten nach oben und reißen dort ab. Ein beliebtes Zubehör in Frankenstein-Filmen. Die Blitze entstehen unten, weil dort der Abstand der Elektroden am geringsten ist, und steigen dann mit der aufgeheizten und ionisierten Luft nach oben.
Plasma-Kugel
Lightning Globe

Berührt man sie, bündeln sich die Blitze in Richtung Hand, aber man bekommt trotz einigen tausend Volt keinen Stromschlag.
Genaueres
Zwischen der metallischen Kugel im Innern und der äußeren Glaskugel liegt eine hochfrequente Hochspannung an. Durch überall vorhandene natürliche Radioaktivität entstehen Ionen, die durch die Hochspannung beschleunigt werden. Diese treffen auf andere Teilchen, die ebenfalls ionisiert werden. Innerhalb einer millionstel Sekunde entsteht ein Ionenschlauch, durch den Strom fließen kann. Ähnlich verhält es sich auch bei natürlichen Blitzen.

Die Lichteffekte entstehen eigentlich erst, wenn alles vorbei ist: Fallen die Ionen wieder auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück, wird diese Energiedifferenz in Form elektromagnetischer Strahlung frei. Nimmt man als Füllung der Plasma-Kugel Argon, entsteht (auch) violettes Licht.

Die Blitze wandern unregelmäßig hin und her, weil keine Stelle der Kugelsymmetrie bevorzugt ist. Eine Hand an der Glaskugel ermöglicht an dieser Stelle eine bessere Ableitung. Wieso erhält man aber keinen Stromschlag? Der fließende Strom ist sehr klein (im mA- oder myA-Bereich) und die Frequenz ist hoch.		 Skin-Effekt:

Bei hohen Frequenzen verteilt sich der Strom nicht gleich dicht über den gesamten Querschnitt des Leiters, sondern wird an die Oberfläche gedrängt. Bei sehr hohen Frequenzen fließt der Strom einfach über die Haut ab, ohne durch den Körper selbst zu fließen.

Der Grund dafür ist die innere Selbstinduktion: Der elektrische Strom baut nicht nur ein elektrisches, sondern auch ein magnetisches Feld um sich auf. Dadurch kommt es zu Wirbelströmen. Diese sind an der Oberfläche dem äußeren Feld gleichgerichtet, im Innern aber entgegengesetzt. Der Widerstand ist somit in der Leitermitte höher als am Rand und hemmt im Innern den Stromfluss. Die Stromdichte in einem Leiter klingt in Richtung Drahtinneres exponentiell ab.

In der Technik setzt man bei hohen Frequenzen zur Vergrößerung der Oberfläche Leiter aus vielen dünnen, miteinander verbundenen Drähten ein. Bei sehr hohen Frequenzen nutzt man auch rohrförmige Leiter.
Dass durch Reibungselektrizität Leuchterscheinungen in verdünnten Gasen auftreten, untersuchte der englische Instrumentenmacher Francis Hauksbee (gestorben 1713), ein Spezialist für Luftpumpen und Barometer. Wenn in einem luftleeren Glas Quecksilber geschüttelt wird, füllt sich das Glas mit einem fahlen Licht. Auf dem Wege zur Erklärung dieses Phänomens baute Hauksbee Apparate, unter anderem einen, bei dem im Vakuum Bernstein an Wollfäden gerieben wird, wodurch ein elektrisches Licht entsteht. Später findet er, dass eine luftleere Glaskugel im Inneren Leuchterscheinungen zeigt, wenn sie von außen durch Reibung elektrisiert wird. In moderner Form kann man diesen Effekt demonstrieren, indem man eine Leuchtstoffröhre mit einem Katzenfell reibt. Dabei entstehen wunderschöne Entladungen in der Röhre, die im leicht abgedunkelten Raum gut erkennbar sind.
Zurück zu "Elektrisches" Letzte Änderung 30.1.2004