Elektrostatischer Spitzeneffekt

Prinzip

Ein Blitz stellt einen starken Ladungsstrom dar, der entsteht, wenn in einem Medium (z.B. Luft) durch starke elektrische Felder eine große Anzahl beweglicher Ladungsträger erzeugt wird. Bei einem Gewitter sind hohe Erdbodenerhebungen (z.B. Hochhäuser) von Blitzeinschlägen umso häufiger betroffen.
Untersuche, wie sich das elektrische Feld zwischen Gewitterwolke und Erdboden in der Umgebung eines Hochhauses ausbildet. Dazu betrachte Gewitterwolke und Erdboden als parallele Elektroden, wobei die eine Elektrode mit einer spitzen Erhebung versehen wird, um ein hohes Gebäude zu simulieren.

Vorteile

• Kein Elektrolyt erforderlich
• Direkte Messung der Potenziale mit einem hochohmigen Voltmeter
• Direkte Übertragung der Messpunkte auf ein weißes Blatt Papier während der Messung

Aufgaben

1. Vermesse den Potentialverlauf des elektrischen Feldes und erschließe den Verlauf der Feldlinien.
2. Beobachte, wie sich das elektrische Feld in der Umgebung der Spitze verändert und ziehe daraus Schlüsse für die Situation während eines Gewitters.

Lernziele

Mit Hilfe dieses Versuches sollen sich die Schüler erschließen, wie es bei einem Gewitter zur Entstehung eines Blitzes kommt und warum Bodenerhebungen wie z.B. Hochhäuser einem höheren Blitzschlagrisiko ausgesetzt sind. Im Experiment simulieren sie das elektrische Feld zwischen Gewitterwolke und Erdboden durch zwei parallele Stabelektroden, wobei eine der Elektroden mit einer Spitze versehen ist. Diese Spitze verändert das homogene, elektrische Feld ähnlich wie es auch ein Hochhaus im Feld von Gewitterwolke und Erdboden täte.