sofatutor 30 Tage
kostenlos ausprobieren

Videos & Übungen für alle Fächer & Klassenstufen

Blitz und Donner 02:50 min

Textversion des Videos

Transkript Blitz und Donner

Dunkle Wolken am Himmel, der Wind frischt auf, die Luft kühlt ab. Es sieht schwer nach einem Gewitter aus. Meistens entstehen sie in der warmen Jahreszeit. Und wohl jeder hat dabei schon einmal ein mulmiges Gefühl gespürt. Und doch ist man gleichzeitig fasziniert von dem Schauspiel am Himmel. Donner und Blitze sind Naturereignisse, die nicht Gottvater Zeus zu verdanken sind. Bereits 1752 entdeckte Benjamin Franklin, dass Blitze vielmehr durch gewaltige Energieentladungen in den Wolken entstehen. Schuld an einem Gewitter sind elektrisch geladene Teilchen. Das passiert im Detail: Wasser steigt in den Wolken nach oben. In den kühleren Luftschichten gefriert es. Die Eispartikel stoßen beim Herunterfallen mit den tieferen Wassertropfen zusammen. Eine Ladungstrennung ist die Folge. Innerhalb der Wolke entstehen zwei Pole unterschiedlicher Ladung. Unterschiedliche Ladungen gibt es auch auf dem Erdboden, aber die Natur ist stets bestrebt, solche Ladungsunterschiede auszugleichen. Das macht sie, indem Teilchen immer in die Richtung fließen, wo es weniger von ihnen gibt. So entsteht dann auch ein Blitz. Zuerst gibt es einen für unser Auge nicht sichtbaren Lichtblitz. Zur gleichen Zeit entsteht am Boden ein Überschuss an positiven Teilchen, hier grün dargestellt. Wenn der unsichtbare Blitz nahe genug an den Erdboden kommt, entsteht eine gewaltige Entladung. Sie ist so stark, dass sich ein Lichtbogen bildet. Das ist dann der Blitz, den wir sehen. Gleichzeitig heizt sich die Luft extrem auf. Sie dehnt sich aus, explodiert und knallt. Das ist der Donner, den wir hören. Blitze können unterschiedliche Farben haben. Das hängt von der Luftfeuchte, von der Temperatur und auch von der Luftverschmutzung ab. Ihr Licht kann je nachdem eher rötlich oder bläulich oder gelblich sein. Blitze sind das heißeste, was es auf der Erde gibt. Sie heizen nicht nur die Luft extrem auf, sondern transportieren auch enorm viel Energie. Sie haben eine Leistung von mehreren Hundert Milliarden Watt. Deshalb sind Blitzeinschläge auch so gefährlich. Nutzen und Speichern kann man die Energie der Blitze heute noch nicht. Was bleibt, ist vorerst nur die Faszination des Naturschauspiels Gewitter.

10 Kommentare
  1. Echt gute beschreibung bin jetzt super fütr mein naturwissenschafst test morgen vor bereitet

    Von Nina Stuetzel, vor etwa 19 Stunden
  2. Hallo Stefano,

    super, das freut uns.

    Von Karsten S., vor fast 2 Jahren
  3. danke das video ist super jetzt bin ich gut für mein physik plakat vorbereitet

    Von Stefano D., vor fast 2 Jahren
  4. bitte ein arbeitsblatt dazu!!!!!!!!!! aber sonst war es echt gut!!!

    Von Nijehome, vor mehr als 2 Jahren
  5. das war echt gut !!!!!!!

    Von Tanja Becker27, vor mehr als 2 Jahren
Mehr Kommentare

Blitz und Donner Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Blitz und Donner kannst du es wiederholen und üben.

  • Bestimme die Ladungsverteilung in einer Gewitterwolke.

    Tipps

    In einer Gewitterwolke bildet sich eine Ladungstrennung aus, dabei entstehen zwei Pole.

    Wenn in der Wolke Eisteilchen und Wassertröpfchen aneinanderstoßen, nehmen die Eisteilchen meist negative Ladungen von den Wassertröpfchen auf.

    Lösung

    In einer Gewitterwolke herrschen Winde, die kleine Eispartikel und Wassertröpfchen durcheinanderwirbeln und bis zu $11$ Kilometer hoch in die Luft reißen können. Dort verbinden sich Tröpfchen miteinander und bilden größere Tropfen, die schließlich schwer genug werden, um gegen die Aufwinde nach unten zu fallen.

    In diesem wilden Durcheinander kollidieren die Wassertröpfchen und Eispartikel immer wieder miteinander und tauschen dabei Ladungen untereinander aus. Meist nehmen die größeren Wassertropfen Elektronen von den kleineren Tröpfchen auf und laden sich damit negativ auf, während die kleinen Tröpfchen mit den fehlenden Elektronen eine positive Ladung erhalten. So werden vorwiegend negative Ladungen nach unten und die positiven Ladungen nach oben transportiert.

    Auf diese Weise bilden sich verschiedene Ladungszonen in der Wolke aus. Insgesamt wird der obere Teil der Wolke sehr stark positiv und der untere Teil der Wolke eher negativ geladen. Blitze führen dann dazu, dass die Ladungsverteilung wieder ausgeglichen wird.

    Neueste Erkenntnisse aus der Forschung haben gezeigt, dass es in den meisten Gewitterwolken mehr als zwei Ladungszonen gibt. Beispielsweise bildet sich unter der negativ geladenen Zone meistens noch eine weitere Zone mit positiven Ladungen aus. Weil es schwierig ist, in einer Gewitterwolke Experimente durchzuführen, hat man bisher noch nicht ganz genau verstanden, wie diese Ladungszonen entstehen.

  • Beschreibe den Ablauf des Blitzes.

    Tipps

    Bevor die starke Hauptentladung des Blitzes zu sehen ist, bilden der unsichtbare Blitz einen leitfähigen Kanal zur Erde.

    Die negative Ladung im unsichtbaren Blitz zieht die positiven Ladungen aus dem Erdboden an und bewirkt so eine Entladung.

    Lösung

    Durch die Ladungstrennung in einer Gewitterwolke ergibt sich eine hohe Spannung zwischen unterschiedlich geladenen Bereichen in der Wolke, aber auch zum Erdboden, der eigentlich elektrisch neutral ist. Während eines Gewitters kann die starke negative Ladung in der Wolke aber eine positive Ladung im Erdboden hervorrufen.

    Wenn die Spannung zwischen Erdboden und Wolke groß genug wird, beginnen einige negative Ladungen von der Wolke in Richtung Erde zu fließen. Auf ihrem Weg ionisieren sie Luftmoleküle und bilden so einen leitfähigen Kanal durch die Luft. Dieser sogenannte Leitblitz ist sehr viel schwächer als die Hauptentladung des Blitzes und kaum mit bloßem Auge zu sehen. Er zeichnet den eigentlichen Blitz gewissermaßen vor und erzeugt dabei auch die Verästelungen des Blitzes.

    Wenn der Leitblitz nahe genug an den Erdboden herankommt, beginnen positive Ladungen vom Erdboden aus nach oben zu fließen und damit eine sogenannte Fangentladung zu bilden, die ebenso einen leitfähigen Kanal erzeugt.

    Wenn sich die Fangentladung und der Leitblitz nun treffen, kann sich die Spannung zwischen der Wolke und dem Erdboden ausgleichen. Für sehr kurze Zeit fließt dann ein sehr starker elektrischer Strom zwischen der Erde und der Wolke: Die Hauptentladung. Der starke elektrische Strom heizt die umgebende Luft sehr schnell stark auf und bringt sie zur Explosion. Dies erzeugt den Donner.

    Während der leitfähige Kanal noch intakt ist, kommt es nach einer kurzen Erholungspause meist zu weiteren Entladungen. Etwa vier bis fünf Entladungen bilden einen Blitz.

  • Erschließe die unterschiedlichen Blitzarten.

    Tipps

    Ob ein Blitz als positiv oder negativ bezeichnet wird, hängt davon ab, von welchem Teil der Wolke er ausgeht.

    Erde-Wolke-Blitze schlagen von erhöhten Punkten auf der Erde in die Wolken.

    Die Richtung des Blitzes kannst du an den Verästelungen des Blitzes sehen.

    Lösung

    Etwa $90$ Prozent aller Blitze sind Wolkenblitze, oder Wolke-Wolke-Blitze, die nur innerhalb einer Gewitterwolke schlagen und dort direkt für einen Spannungsausgleich zwischen verschiedenen Ladungszonen sorgen. Wenn ein solcher Blitz von einer positiv geladenen Zone in der Wolke ausgeht, spricht man von einem positiven Wolkenblitz, andernfalls von einem negativen Wolkenblitz.

    Nur etwa $10$ Prozent aller Blitze sind Erdblitze, die zwischen Erde und Wolke schlagen. Dabei geht der Blitz meistens als Wolke-Erde-Blitz von der Wolke aus, aber es kann auch passieren, dass der Leitblitz von der Erde aus geht und einen sogenannten Erde-Wolke-Blitz bildet. Dies passiert insbesondere bei hohen Gebäuden oder Bergen, weil die Ladungen in der Gewitterwolke in solchen erhöhten Plätzen eine besonders hohe elektrische Feldstärke erzeugen. Da der Leitblitz bei einem Erde-Wolke-Blitz von unten nach oben verläuft, kannst du ihn daran erkennen, dass auch die Verästelungen des Blitzes nach oben zeigen.

    Die meisten Erdblitze gehen von der Unterseite der Wolke aus und sind daher negative Wolke-Erde-Blitze oder negative Erde-Wolke-Blitze. Etwa $5$ Prozent aller Erdblitze gehen jedoch von der positiv geladenen Oberseite einer Gewitterwolke aus. Diese positiven Erdblitze sind zwar sehr selten, aber auch besonders gefährlich, da sie bis zu der zehnfachen Stromstärke eines negativen Erdblitzes erzeugen können. Zudem ist die Reichweite eines positiven Erdblitzes viel höher, sodass sie sogar zehn Kilometer oder noch weiter von der Gewitterwolke entfernt einschlagen können.

  • Beschreibe das Gewitter.

    Tipps

    In Mitteleuropa erreichen Cumulonimbuswolken eine Höhe von ca. $11$ Kilometern. In Afrika türmen sie sich sogar etwas höher auf.

    In einer Gewitterwolke kommt es zu einer Ladungstrennung, sodass es Zonen positiver und negativer Ladungen gibt.

    Lösung

    Eine Gewitterwolke bezeichnet man in der Wissenschaft als Cumulonimbus, dies kommt von den lateinischen Begriffen cumulus (Anhäufung) und nimbus (Regenwolke). Cumulonimbuswolken erreichen in Mitteleuropa etwa eine Höhe von $11$ Kilometern über dem Erdboden, in tropischen Gebieten können sie sich aber bis zu $13$ Kilometer hoch auftürmen. Ihre Basis befindet sich dabei tatsächlich nur etwa $500$-$2000$ Meter über dem Erdboden.

    Durch die elektrostatischen Ladungen in einer Gewitterwolke entstehen Spannungen, die bis zu einer Milliarde Volt betragen können. Die größte jemals gemessene Spannung in einer Gewitterwolke betrug 2014 sogar $1,3$ Millarden Volt. Wenn sich die Spannung über einen Blitz entlädt, fließen die Ladungen sehr schnell und der elektrische Stromstärke erreicht im Mittel etwa $20 000$ Ampere. Insbesondere die starken positiven Erdblitze erreichen jedoch sogar bis zu $400 000$ Volt.

    Der hohe Stromfluss des Blitzes gibt auch eine große Wärmeenergie an die umgebende Luft ab und erwärmt diese auf bis zu $3000^\circ\text{C}$. Die Luft dehnt sich daraufhin explosionsartig aus und erzeugt den Donner.

  • Beschreibe das Gewitter.

    Tipps

    Die Luftfeuchte, die Temperatur und die Luftverschmutzung haben einen Einfluss auf die Farbe des Blitzlichtes.

    Blitze sind das Heißeste, was es auf der Erde gibt.

    Lösung

    Gewitterwolken oder auch Cumulonimbuswolken türmen sich bis zu $13$ Kilometer hoch auf. Während in der Wolke Eispartikel und Wassertröpfchen durcheinanderfliegen, tauschen diese Ladungen aus und erzeugen so verschiedene Ladungszonen in der Wolke, zwischen denen sich eine elektrische Spannung ausbildet. Durch Blitze gleichen sich diese Spannungen wieder aus. Sie haben eine Leistung von mehreren Hundert Milliarden Watt. Deshalb sind Blitzeinschläge auch so gefährlich.

    Weil die größten Ladungsunterschiede innerhalb einer Gewitterwolke auftreten, entstehen auch die meisten Blitze innerhalb einer Wolke. Lediglich etwa $10$ Prozent aller Blitze schlagen in die Erde ein. Besonders stark und gefährlich sind dabei die positiven Erdblitze, die von der positiv geladenen Oberseite einer Wolke in die Erde einschlagen.

    Blitze schlagen vor allem in hohe Gebäude, Bäume oder Berge ein.

    Blitze können unterschiedliche Farben haben. Das hängt von der Luftfeuchte, von der Temperatur und auch von der Luftverschmutzung ab. Ihr Licht kann je nachdem eher rötlich, bläulich oder gelblich sein.

  • Prüfe die Aussagen auf Richtigkeit.

    Tipps

    Alles, was wir hören, breitet sich mit Schallgeschwindigkeit aus.

    Es gilt:

    • Lichtgeschwindigkeit: etwa $300000\ \frac{\text{km}}{\text{s}}$
    • Schallgeschwindigkeit: etwa $343\ \frac{\text{m}}{\text{s}}$

    Gewitter, also Blitze und Donner sind unvermeidbare Wettererscheinungen.

    Lösung

    Gase dehnen sich bei Temperaturerhöhung aus. Daher dehnt sich die Luft in der Nähe eines Blitzes sehr stark aus. Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg, der sich als Schallwelle ausbreitet und als Donner zu hören ist. Donner sind also Schallwellen, die durch einen Blitz entstehen.

    Da Schall und Licht unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben, nimmt man den Blitz in der Regel vor dem Donner wahr. Das liegt daran, dass die Lichtgeschwindigkeit größer als die Schallgeschwindigkeit ist.

    Es gilt:

    • Lichtgeschwindigkeit: etwa $300000\ \frac{\text{km}}{\text{s}}$
    • Schallgeschwindigkeit: etwa $1236\ \frac{\text{km}}{\text{s}}$
    Würde man also mitten im Gewitter stehen, würde man Blitz und Donner gleichzeitig wahrnehmen.

    Gewitter, also Blitze und Donner sind unvermeidbare Wettererscheinungen. Die Natur ist nämlich stets bestrebt, Ladungsunterschiede auszugleichen, indem Teilchen immer in die Richtung fließen, wo es weniger von ihnen gibt.

    Blitze haben eine Leistung von mehreren Hundert Milliarden Watt. Nutzen und Speichern kann man die Energie der Blitze heute noch nicht.