Ein Blitz verbraucht die elektrische Ladung der Wolke — danach ist sie endgültig weg.

Erklärung: Ladung wird niemals verbraucht, sondern nur getrennt und transportiert. Der Blitz führt getrennte Ladungen wieder zusammen; solange Graupel und Eiskristalle im Aufwind weiter Ladung trennen, lädt sich die Wolke erneut auf — deshalb blitzt es viele Male hintereinander.

Wodurch lädt sich eine Gewitterwolke auf?

Erklärung: Bei jedem Stoß geht negative Ladung bevorzugt auf das schwere Graupelkorn über. Der Aufwind trägt die positiven Kristalle nach oben, der Graupel sinkt zur Wolkenbasis — aus vielen kleinen Stößen wird eine großräumige Trennung.

Der Erdboden unter der Gewitterwolke ist mit nichts verbunden und wird nicht berührt. Was passiert dort, während sich die Wolkenbasis negativ auflädt?

Erklärung: Der Boden ist ein Leiter. Die negative Wolkenbasis verschiebt seine frei beweglichen Elektronen nach unten — direkt unter der Wolke bleibt eine positive Fläche zurück. Das ist Influenz, derselbe Effekt wie beim Elektroskop, dem ein geladener Stab genähert wird.

Wolkenbasis und Erdboden werden als Plattenkondensator modelliert. Welche Aussage über das Feld dazwischen passt zu diesem Modell?

Erklärung: Zwei ausgedehnte, entgegengesetzt geladene Flächen erzeugen dazwischen ein näherungsweise homogenes Feld. Feldlinien laufen von + nach − — hier also vom Boden nach oben zur Wolkenbasis.

Experiment im Applet — erhöhe die Wolkenladung Q. Was zeigt das Feldlinienbild?

Erklärung: Mehr getrennte Ladung bedeutet ein stärkeres Feld zwischen den „Platten". Im Feldlinienbild zeigt sich das als höhere Liniendichte — E und U wachsen in den Anzeigen mit.

Bei Stößen im Aufwind wird das schwere Graupelkorn ___ geladen.

Erklärung: Unterhalb von etwa −10 °C bleibt die negative Ladung am Graupel, der leichte Eiskristall fliegt positiv nach oben.

Angenommen, der Aufwind wäre so stark, dass er auch den Graupel nach oben trägt, während die Kristalle unten bleiben. Wo säße dann die negative Ladung?

Erklärung: Die Ladung sitzt dort, wohin die Teilchen sortiert werden. Der Graupel trägt die negative Ladung; steigt er auf, steigt sie mit. Nicht der Stoß allein trennt die Ladung großräumig, sondern die Sortierung danach.

Die Verschiebung der Elektronen im Erdboden, ohne dass die Wolke ihn berührt, heißt ___.

Erklärung: Influenz: Ein geladener Körper verschiebt die frei beweglichen Ladungen eines Leiters ohne Berührung, wie beim Elektroskop.

Ein Gewitter mit negativer Ladung im unteren Teil zieht über ein Dorf hinweg. Wie ist der Boden geladen, direkt unter der Wolke und 30 km entfernt?

Erklärung: Die Influenzladung sitzt dort, wo das Feld der Wolke hinreicht: direkt darunter. Zieht die Wolke weiter, wandert die positive Bodenfläche mit, wie ein Schatten.

Elektrische Ladung kann weder erzeugt noch ___ werden; sie wird nur getrennt und verschoben.

Erklärung: Ladungserhaltung: Der Blitz führt getrennte Ladung wieder zusammen. Die Wolke trennt sie danach von neuem.

Die Wolke trägt 40 C, ein Blitzschlag bringt 5 C zum Boden. Nach wie vielen Schlägen wäre die Ladung aufgebraucht, wenn die Wolke nicht nachladen würde?

Erklärung: 40 C : 5 C = 8. Tatsächlich blitzt eine Gewitterzelle oft weit öfter, weil Graupel und Kristalle die Ladung laufend neu trennen. Die Ladung verschwindet dabei nie, sie wird nur zum Boden gebracht.

Stelle in der Figur Q = 40 C ein. Welche Feldstärke E zeigt die Anzeige (in kV/m)?

Erklärung: E = 2,5 kV/m pro Coulomb · 40 C = 100 kV/m, das mittlere Feld des Lehrbuchmodells (10⁸ V auf 1 km).

Im Wolkenmodell (d = 1 km, E = 2,5 kV/m pro Coulomb) trägt die Wolke 60 C. Welche Spannung liegt zwischen Wolke und Boden (in MV)?

Erklärung: E = 2,5 kV/m · 60 = 150 kV/m, U = E · d = 150 kV/m · 1000 m = 150 MV.

Aufgabe 1 von 13