Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

51 15.2 Coulomb´sches Kraftgesetz Die Ladung der Kugel beträgt etwa 10 –7 C, der Radius der Kugel beträgt 10 cm. Wir berechnen die Feldstärke in der Entfemung von 3 cm von der Kugeloberfläche: 4 8,9 10 , 53 m V m kV E r Q E 4 1 1 0 13 10 0 2 12 2 7 $ $ $ $ $ $ $ r r f = = = - - Die elektrische Feldstärke E = F / q wird entweder in N/C oder in V/m angegeben. A1 Rechne nach! Einige Werte für die elektrische Feldstärke sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. A2 Suche im Internet Angaben zum elektrostati- schen Feld (elektrische Geräte, Baubiologie, Hoch- spannungsleitungen)! A3 Rollenspiel: In der Nähe deiner Wohnsitzgemein­ de soll eine neue Hochspannungsleitung errichtet werden. Vertreter der Verbundgesellschaft (Techniker), der Landesregierung und Bürgerinitiativen diskutieren. Jede Gruppe soll zunächst Argumente für oder gegen die Stromtrasse sammeln. Bei der Diskussion ist auf physikalisch korrekte Argumentation zu achten. Bei der häufigsten Form eines Gewitterblitzes wächst zunächst ein so genannter Leitblitz von der Wolken- unterseite nach unten. Nähert sich dieser Leitblitz der Erdoberfläche, so treten an Spitzen und erhöhten Punkten (beispielsweise Bäumen, Gebäuden, Blitz- schutzanlagen) Fangentladungen auf, die dem Leit- blitz entgegen wachsen. Sobald der Leitblitz und eine Fangentladung zusammentreffen, tritt der eigentliche Blitz mit Stromstärken von einigen 1000 bis 100000 A auf. A4 Kleinprojekt: Recherchiert in Kleingruppen zu Blitzformen und Gewitterhäufigkeit (beispielsweise im Rahmen von ALDIS, Austrian Lightning Detecting and Information System ) und stellt eure Ergebnisse in Form einer Präsentation vor! A5 Blitzschutzanlagen sollen Gebäude und Men- schen vor den Folgen eines Blitzschlages schützen. Informiere dich über mögliche Ausführungen einer Blitzschutzanlage für ein Wohnhaus! A6 Informiere dich über das richtige Verhalten, wenn du unerwartet in ein Gewitter gerätst! Beispiel Elektrisches Feld in der Nähe eines Bandgenerators Abb. 51.1 Mit einem Bandgenerator werden Ladungen zur Hohlku- gel transportiert. Elektrische Feldstärke N/C (V/m) Gewitterblitz bis 10 6 Hochspannungsleitungen (380 kV) – zwischen den Leitungen 10 5 Hochspannungsleitungen (380 kV) – Boden 10 3 Elektrisches Erdfeld 10 2 Haushaltsgeräte 10 2 Elektrische Hausinstalla- tion 10 Rundfunk 10 –5 Beispiel Blitzphysik In einer Gewitterwolke kommt es üblicherweise zu einer starken, entgegengesetzten Aufladung von Wolkenober- und -unterseite: Abb. 51.2 Sche- matischer Aufbau einer Gewitterwolke +25 °C 0 2 4 6 8 10 12 14 Höhe inkm +10 °C 0 °C -10 °C -20 °C -30 °C -50 °C Eiskristalle Schnee Regen vorherrschende Windrichtung Zugrichtung Bodenwind- richtung 2km Abb. 51.3 Die drei wichtigsten Stufen der Blitzentladung v = 300 km/s ++++++++++++++++ ++++++++++++ + + + + ++ + + + ++ ++ + + + + ++ + + + ++ ++ + + + + ++ + + + ++ ++ + + + + v = 100 000 km/s – – – –– – –– –– – –– –– – – – – –– – –– – –– – – – –––––––––– – – – –––– ––––––––– –– ––––––– – – – – – –– – –– –– – –– –– – – – – –– – –– – –– – – – –––––––––– – – – –––– –––––––– – ––––––– – – ––– –– + + ++ + + + + + + +++ ++ + +++++++ + + – – – –– – –– –– – –– –– – – – – –– – Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv