Hallo Johannes
Kann man rechnerischerweise vorhersagen, ob ein Blitz zwischen
zwei Elektroden überschlagen wird?
Im Prinzip JA, aber es hängt von vielen Parametern ab …
Einfach lässt es sich auf etwa +/- 10-20% genau berechnen (bezogen auf die Zünd-Spannung).
Ich schätze, dass das was mit dem Abstand der Elektroden und
der Spannung, also warscheinlich mit der elektr. Feldstärke
zwischen den Elektroden zusammenhängt. Ferner wahrscheinlich
auch von dem Gas zwischen den Spannungspolen, Luftfeuchtigkeit
etc.
Wahrscheinlich braucht man zum „Zünden“ des Blitzes eine
größere Spannung (Ionisation der Luft) als später erforderlich
ist, wenn der Blitz schon blitzt.
Wie kann man berechnen, wieviel Spannung man braucht, bis ein
Blitz zündet.
Wichtigste Punkte sind die Feldstärke und das Isolationsmedium.
Die Feldstärke hängt sehr stark von der Geometrie der Elektroden ab. Mit einer Spitze bekommst du sehr hohe lokale Feldstärken und eine Kugel erzeugt die geringsten. Deshalb sind bei Hochspannungs-Analen alle Teile schön rund geformt und ein Blitzableiter ist halt immer ein Stab. Bei den hohen Spannungen bei einem Gewitter ist ein Kierchturm oder ein freistehender Baum auch eine Spitze und der Haupt-Blitz bevorzugt solche Punkte.
Ein Isolator zeichnet sich dadurch aus, dass der Atomkern alle seine Elektronen fest „an der Leine“ hat, diese „Leine“ ist ein elektrisches Feld zwischen Kern und Elektron. Wird nun ein Atom in ein entsprechend starkes Feld gebracht, so können einige Elektronen „von der Leine“ und das Atom ist ionisiert, d.h. diese Elektronen können sich frei bewegen und aus dem Isolator ist ein Leiter geworden.
Neben elektrischen Feldern kann dieser Effekt auch durch Wärme und durch radioaktive Strahlung (welche deswegen eigentlich ionisierende Strahlung genannt wird) erzeugt werden.
Beim Geiger-Zähler (eigentlich richtig Geiger-Müller) wird dies ausgenutzt (wenn du mehr wissen willst suche nach „Geiger-Müller Zählrohr“).
Wie du schon richtig vermutet hast liegt die Zündspannung meist wesentlich höher als die Brennspannung, dies liegt daran, dass bis zur Zündung nur das elektrische Feld ionisierend wirkt, anschliessend fliesst ein Strom, welcher dann als Blitz sichtbar ist, und dabei wird das Gas erhitzt (bei einem Gewitter-Blitz kommen da so einige 10’000°C zustande) und die Ionisation wird dann durch die Hitze aufrecht erhalten. Somit hängt die Brennspannung auch noch vom Strom bzw. von dessen „Wärmewirkung“, ab.
Bei Hochspannungschaltern werden deshalb, teilweise mit Pressluft angetriebene Schalter verwendet und beim Ausschalten wird dann der enstehende Funken, wie eine Kerze, Ausgeblasen.
Die Zündspannung hängt bei Gasen im wesentlichen vom Gas selbst und vom Druch ab.
Bei Luft kommt als Hauptfaktor die Feuchtigkeit hinzu.
Bei Luft gilt als Richtlinie, wie schon erwähnt, 1’000V/mm als Zündspannung. Deshalb wird für Luftisolation ein Mindestabstand von 10mm/1’000V eingehalten.
MfG Peter(TOO)
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