Gewitter

Jeder hat schon einmal ein "Gewitter im Kleinen" erlebt und zwar dann, wenn er Erfahrungen mit "Reibungselektrizität" gemacht hat.

- Wenn man sich kämmt, kann man eventuell dabei ein Knistern hören. (das Material, aus dem der Kamm besteht, spielt dabei eine entscheidende Rolle). Es soll sogar möglich sein, dass man man im Dunkeln dabei kleine Blitze beobachtet.

- Wenn man mit bestimmten Schuhen über einen bestimmten Bodenbelag geht, bekommt man anschließend ein "Elektrischen Schlag", wenn man sich Metallteilen nähert. (Besonders häufig kommt dies vor, wenn man mit Turnschuhen über den Kunststoffbelag der Sporthalle geht)
Auch hier kann man eventuell einen kleinen Funken sehen

Um diese Erscheinungen zu erklären, muss man sich den Aufbau der Materie anschauen:

Alle Materie besteht aus Atomen. Atome ihrerseits bestehen aus einem positiv geladenen Atomkern und einer Atomhülle, die aus negativ geladenen Elektronen besteht.

Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an.

Verschiedene Materialien bestehen dabei aus verschiedenen Atomen. Verschiedene Atomkerne halten ihre Elektronen unterschiedlich stark fest. Wenn Atome in engen Kontakt kommen, z.B. wenn sie aneinander reiben, können Elektronen von einem Material auf das andere übergehen.
(In der neben stehenden Skizze vom Material A auf Material B)

Folge: Material A hat jetzt weniger Elektronen als vorher, es ist positiv geladen, Material B hat mehr Elektronen als vorher, es ist negativ geladen.

Nun zu den Vorgängen, die beim Zustandekommen eines Gewitters eine Rolle spielen.

Feuchte Luft enthält Wasserdampf. Wenn die darüber liegenden Luftschichten kälter sind steigt sie auf, der Wasserdampf kondensiert zu feinen Wassertröpfchen. Die Wassertröpfchen reiben sich mit der Luft, es kommt zur oben beschriebenen Ladungstrennung. Außerdem ist zu beachten: Wenn die Wassertröpfchen hoch genug steigen, entstehen kleine Eiskristalle, die nach unten fallen. Auch dabei kommt es zu Reibung mit aufsteigendem Wasserdampf.
Im Endeffekt entstehen elektrisch aufgeladene Wolken. Um die Entstehung eines Blitzes zu erklären, benötigt man nun noch den Begriff "Elektrische Influenz".

Als Beispiel wird ein elektrisch neutrales Metallstück (z. B. eine Kirchturmspitze) betrachtet: Es enthält in seinem Innern bewegliche Elektronen. Sie können zwar normalerweise das Metall nicht verlassen, wenn sich aber z. B. eine positiv geladene Wolke darüber befindet, werden die Elektronen angezogen und sammeln sich auf der der Wolke zugewandten Seite:

Wenn die Aufladung der Wolke stark genug ist, kommt es zu einer elektrischen Entladung, einem Blitz. Ein Blitz ist also ein kurzer Ladungsfluss.

Entscheidend für das Entstehung eines Gewitters ist es, dass es zu einer Anhebung von feuchten Luftschichten kommt. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten:

a) Wärmegewitter (Sie treten bei uns nur im Sommer auf)
Durch die intensive Sonneneinstrahlung werden bodennahe, feuchte Luftschichten erwärmt und steigen auf. Wärmegewitter treten bevorzugt in der Zeit von 16 bis 17 Uhr auf.

Cumulonimbus, eine typische Gewitterwolke. Die Oberseite der Wolke besteht aus Eiskörnern

In diesem Zusammenhang steht die folgende Wetterregel: Donnert es im hohlen Wald, dann wird es noch mal kalt.
(Mit "hohlem Wald" ist der Wald ohne Laub gemeint)

Auch Bäume enthalten bewegliche elektrische Ladungen (gelöste Salze, also Ionen). Wie am Beispiel des Kirchturms dargelegt, kann sich deshalb auch eine Baumspitze unter einer Gewitterwolke aufladen, so dass der Blitz in den Baum einschlägt. Dementsprechend sollte man sich bei einem Gewitter nicht in der Nähe eines Baums aufhalten. Dabei macht es keinen Unterschied, ob es sich um eine Buche oder eine Eiche handelt.

Im Metallkäfigen (z.B. in Autos) ist man vor Blitzen sicher (Faradayscher Käfig):

Der Blitz schlägt auf der Außenseite ein, die Ladungen fließen über die Außenseite ab.

Ein gefahrloses Abfließen der Ladungen ist auch über einen Blitzableiter möglich.

Der Blitz ist mit Donner verbunden. Während sich das Licht des Blitzes sehr schnell ausbreitet (300000 km/s), breitet sich der Schall des Donners mit Schallgeschwindigkeit ("nur" etwa 333 m/s) aus. Für eine Strecke von einem Kilometer benötigt der Donner etwa 3 Sekunden. Damit kann man die Entfernung des Gewitters abschätzen: Wenn man nach der Wahrnehmung des Blitzes die Sekunden bis zum Eintreffen des Donners zählt und diese Zahl durch 3 teilt, erhält man die ungefähre Entfernung des Gewitters.

Wenn ein Gewitter sehr weit entfernt ist, hört man den Donner nicht und nimmt nur den Blitz war: Dies ist die Erklärung für das Wetterleuchten.