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Warum ist man im Auto vor Blitzen sicher?

Bei Gewittern können Autos Schutz bieten. Jedoch ist es ein weit verbreiteter Mythos, dass der Grund, warum man sicher im Auto vor Blitzen ist, auf die Reifen zurückzuführen ist.

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In Wirklichkeit fließt der Blitz um die Außenseite eines Autos, und der größte Teil des Stroms fließt aus dem Metallkäfig des Autos in den Boden. Im Wesentlichen verhält sich ein Auto wie ein schützender Käfig, der den Strom ableitet.

Allerdings sind nicht mehr alle Fahrzeuge gleich.

Cabrios haben keine Metalldächer, was den Käfig-Effekt beeinträchtigt. Darüber hinaus werden einige Fahrzeuge aus nichtmetallischen Teilen hergestellt, was den Stromfluss durch das Auto behindert.

Ein weiterer Vorbehalt in Bezug auf die Blitzsicherheit in Fahrzeugen ist die Tatsache, dass einige Teile des Stroms durch die elektrischen Systeme und Metalle im Innenraum des Fahrzeugs fließen können, darunter Radios, Handy-Ladegeräte, GPS-Geräte sowie Autotürgriffe, Fußpedale, die Lenksäule und das Lenkrad.

Viele Fahrzeuge, die von Blitzen getroffen wurden, erleiden massive Schäden, einschließlich Lochfrass und Lichtbogenbildung, sowie interne Schäden an elektronischen Systemen und Komponenten. Auch Fälle, in denen die Airbags des Autos durch das plötzliche Abschalten des Motors durch den Blitzschlag ausgelöst wurden, können zu Verletzungen führen.

Wenn Du allerdings mitten in der Natur unterwegs bist und weit und breit kein Gebäude Schutz bietet, dann kann Dich ein Auto im Falle eines Blitzeinschlags schützen.

Wenn direkt über Dir ein Gewitter ist, solltest Du an den Straßenrand fahren, die Warnblinkanlage einschalten, den Motor abstellen und den Gewittersturm abwarten. Lege dabei Deine Hände in den Schoß und vermeide das Berühren von Metall im Auto. Du solltest auch das Radio nicht berühren oder auf einem Handy sprechen, besonders wenn es mit Deinem Auto verbunden ist.

Sobald der elektrische Strom durch das Fahrzeug fließt und in den Boden eintritt, ist es technisch sicher, das Fahrzeug zu verlassen.

Entstehung von Blitzen

Der Blitz ist eines der schönsten Naturereignisse. Es ist allerdings auch eines der tödlichsten Naturphänomene, die der Mensch kennt. Mit Temperaturen, die heißer sind als die Oberfläche der Sonne und Stosswellen, die in alle Richtungen ausstrahlen, sind Blitze eine Lektion in Physik und Demut.

Über seine kraftvolle Schönheit hinaus stellen Blitze die Wissenschaft vor die Frage, wie es zu ihrer Entstehung kommt. Es ist allgemein bekannt, dass Blitze in elektrisch aufgeladenen Sturmsystemen erzeugt werden, aber die Methode der Wolkenaufladung selbst ist komplex.

Blitze beginnen mit einem weniger komplizierten Prozess: dem Wasserkreislauf. Um zu verstehen, wie der Wasserkreislauf funktioniert, musst Du zuerst die Prinzipien der Verdunstung und Kondensation kennen.

Verdampfung ist der Prozess, bei dem eine Flüssigkeit Wärme aufnimmt und in einen Dampf übergeht. Ein gutes Beispiel ist eine Wasserpfütze nach einem Regenfall. Warum trocknet die Pfütze aus? Das Wasser in der Pfütze nimmt die Wärme der Sonne und der Umgebung auf und entweicht als Dampf. “Flucht” ist ein guter Begriff, wenn es um Verdunstung geht. Wenn die Flüssigkeit Wärme ausgesetzt wird, bewegen sich ihre Moleküle schneller. Einige der Moleküle können sich schnell genug bewegen, um sich von der Oberfläche der Flüssigkeit zu lösen und Wärme in Form von Dampf oder Gas abzuleiten. Einmal frei von den Zwängen der Flüssigkeit, beginnt der Dampf in die Atmosphäre aufzusteigen.

Kondensation ist der Prozess, bei dem ein Dampf oder Gas Wärme verliert und in eine Flüssigkeit übergeht. Immer wenn Wärme übertragen wird, bewegt sie sich von einer höheren auf eine niedrigere Temperatur. Der Kühlschrank nutzt dieses Konzept zur Kühlung Deiner Speisen und Getränke. Es sorgt für eine Niedrigtemperaturumgebung, die die Wärme Deiner Getränke und Lebensmittel aufnimmt und im so genannten Kältekreislauf abführt. In dieser Hinsicht wirkt die Atmosphäre wie ein riesiger Kühlschrank für Gase und Dämpfe. Wenn die Dämpfe oder Gase steigen, sinken die Temperaturen in der Umgebungsluft immer weiter ab. Bald beginnt der Dampf, der Wärme von seiner “Mutter”-Flüssigkeit genommen hat hat, Wärme an die Atmosphäre zu verlieren. Mit zunehmender Höhe und niedrigeren Temperaturen geht schließlich genug Wärme verloren, um den Dampf zu kondensieren und in einen flüssigen Zustand zurückzukehren.

Wasser oder Feuchtigkeit auf der Erde nimmt Wärme von der Sonne und der Umgebung auf. Wenn genügend Wärme aufgenommen wurde, können einige der Moleküle der Flüssigkeit ausreichend Energie besitzen, um aus der Flüssigkeit zu entweichen und als Dampf in die Atmosphäre aufzusteigen. Je höher der Dampf steigt, desto niedriger wird die Temperatur der Umgebungsluft. Schließlich verliert der Dampf genügend Wärme an die Umgebungsluft, um sie wieder in eine Flüssigkeit umzuwandeln. Die Anziehungskraft der Erde führt dann dazu, dass die Flüssigkeit wieder auf die Erde fällt und damit den Kreislauf schließt. Wenn die Temperaturen in der Umgebungsluft niedrig genug sind, kann der Dampf kondensieren und dann zu Schnee oder Schneeregen gefrieren.

Bei einem Gewitter werden die Sturmwolken wie riesige Kondensatoren am Himmel aufgeladen. Der obere Teil der Wolke ist positiv und der untere Teil negativ.

Während des Wasserkreislaufs kann sich Feuchtigkeit in der Atmosphäre ansammeln. Diese Ansammlung kannst Du als Wolke sehen. Während der Verdampfungs- und Kondensationsprozess weitergeht, stoßen diese Tröpfchen auf andere Feuchtigkeit, die beim Aufsteigen kondensiert. Außerdem kann die aufsteigende Feuchtigkeit mit Eis oder Graupel kollidieren, der gerade auf die Erde fällt oder sich im unteren Teil der Wolke befindet. Die Bedeutung dieser Kollisionen besteht darin, dass Elektronen von der aufsteigenden Feuchtigkeit getrennt werden und so eine Ladungstrennung entsteht.

Die getrennten Elektronen sammeln sich am unteren Teil der Wolke und geben ihr eine negative Ladung. Die aufsteigende Feuchtigkeit, die gerade ein Elektron verloren hat, trägt eine positive Ladung nach oben. Wenn die aufsteigende Feuchtigkeit in den oberen Wolkenbereichen auf kältere Temperaturen trifft und zu frieren beginnt, wird der gefrorene Teil negativ geladen und die ungefrorenen Tröpfchen werden positiv geladen. An diesem Punkt haben steigende Luftströme die Fähigkeit, die positiv geladenen Tröpfchen aus dem Eis zu entfernen und nach oben zu tragen.

Wenn es in einer Wolke eine Ladungstrennung gibt, gibt es auch ein elektrisches Feld, das mit der Trennung verbunden ist. Wie die Wolke selbst ist dieses Feld im unteren Bereich negativ und im oberen Bereich positiv.

Die Stärke oder Intensität des elektrischen Feldes steht in direktem Zusammenhang mit dem Ladungsaufbau in der Wolke. Während die Kollisionen und das Einfrieren weitergehen und die Ladungen am oberen und unteren Ende der Wolke zunehmen, wird das elektrische Feld immer intensiver.

Das starke elektrische Feld bewirkt, dass die Luft um die Wolke “zusammenbricht” und Strom fließt, um die Ladungstrennung zu neutralisieren. Der Luftfluss erzeugt einen Weg, der die Wolke und die Erde kurzschließt, als ob es einen langen Metallstab gäbe, der die Wolke mit der Erde verbindet.

Wenn das elektrische Feld sehr stark wird, sind die Bedingungen reif für den Zerfall der Luft. Das elektrische Feld bewirkt die Trennung der Umgebungsluft in positive Ionen und Elektronen – die Luft wird ionisiert.

Die Bedeutung dieser Trennung ist, dass sich die Elektronen nun viel leichter bewegen können als vor der Trennung. Diese ionisierte Luft (auch Plasma genannt) ist also wesentlich leitfähiger als die bisherige nichtionisierte Luft. Bei der Ionisation von Luft oder Gas entsteht ein Plasma mit metallähnlichen Leitfähigkeitseigenschaften. Der Ionisationsprozess als kann als “Verbrennen eines Pfades” durch die Luft betrachtet werden, dem der Blitz folgen soll.

Die Luft kann nicht in alle Richtungen gleichmäßig ionisieren. Staub oder Verunreinigungen in der Luft kann dazu führen, dass die Luft leichter in eine Richtung zerfällt. Auch die Form des elektrischen Feldes kann den Ionisationsweg stark beeinflussen. Diese Form hängt von der Lage der geladenen Teilchen ab, die sich in diesem Fall am Boden der Wolke und der Erdoberfläche befinden.

Der kürzeste Abstand zwischen zwei Punkten ist eine Gerade, aber bei elektrischen Feldern werden die Kraftlinien (Flusslinien) nicht dem kürzesten Abstand folgen, da der kürzeste Abstand nicht immer den Weg des geringsten Widerstands darstellt. Dies erklärt die Form der Blitze, die dem Weg des geringsten elektrischen Widerstands folgen.

Warum ist man sicher?

Der eingangs erwähnte Käfig im Auto besitzt einen wissenschaftlichen Namen: den Faraday-Käfig.

Faradaysche Käfige schützen ihren Inhalt vor statischen elektrischen Feldern. Alle Faraday-Käfige nehmen elektrostatische Aufladungen oder sogar bestimmte Arten von elektromagnetischer Strahlung auf und verteilen sie auf der Außenseite des Käfigs.

Da ein Faraday-Käfig diese Ladung oder Strahlung um das Äußere des Käfigs herum verteilt, hebt er elektrische Ladungen oder Strahlung im Inneren des Käfigs auf. Kurz gesagt, ein Faraday-Käfig ist ein Hohlleiter, bei dem die Ladung auf der Außenfläche des Käfigs verbleibt.

Genau dies geschieht im Auto. Wenn Blitze das Auto treffen, so wird der massive Strom durch die Karosserie geleitet, bevor er in den Erdboden eintritt. Der Innenraum des Autos bleibt dabei geschützt und bietet somit Schutz beim Gewitter.

Bildquelle:

  • nasse-strasse-im-wald-beim-regen-blitzen: #153412372 - ©TeamDaf, Fotolia.de
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