Baum vs. Blitzableiter: Warum brennt der eine und der andere nicht?

Ich habe diese einfache Frage, aber ich kann die Antwort nicht finden.

Ich habe dieses Video über ein Flugzeug gesehen, das vom Blitz getroffen wurde. Darin erklärt Captain Joe, warum Menschen keinen Stromschlag bekommen. Dies hat eine einfache Erklärung aufgrund des vom Rumpf erzeugten Faraday-Käfig-Effekts. Aber eine andere Frage kommt mir in diesem Moment in den Sinn: Warum schmilzt das Aluminium des Rumpfes, das als Faraday-Käfig fungiert, nicht wegen der extremen Ströme, die von den Blitzen getragen werden?

Danach dachte ich über folgendes Beispiel nach: Ein dünner (korrekt geerdeter) Blitzableiter aus Metall ist nach einem Einschlag fast unversehrt, während ein Baum in der Mitte bricht und manchmal sogar brennt:

Baum brennt nach einem Blitzeinschlag.

Es hat eindeutig etwas mit dem spezifischen Widerstand jedes Materials zu tun, der im Holz des Baumes viel höher ist.

In diesem Artikel heißt es auch, dass die einzige gefährliche Zone, die ein Flugzeug treffen kann, „ das Radom (der Nasenkegel) ist, da es der einzige Teil einer Flugzeughülle ist, der nicht aus Metall besteht “. Es hat also eindeutig etwas mit den leitfähigen Eigenschaften des Rumpfes zu tun.

Meine Frage lautet also im Grunde: Warum bricht ein Baum und brennt, wenn er vom Blitz getroffen wird, aber ein Blitzableiter nicht?

Und schließlich: Warum schmilzt ein vom Blitz getroffenes Flugzeug nicht mit den Hunderttausenden Ampere, die durch den Rumpf fließen?

Der Stamm eines Baumes enthält Wasser. Ein Blitzschlag kann einen Teil dieses Wassers bis zu einem Punkt erhitzen, an dem der Dampfdruck hoch genug ist, um das Holz zu spalten (dh er verursacht eine Dampfexplosion). Dasselbe kann in der Aluminiumhaut eines Flugzeugs nicht passieren. Selbst wenn ein Blitzschlag genug Energie abgeben würde, um ein Schmelzen zu verursachen, wäre das alles, was passieren würde: Das Aluminium würde einfach schmelzen. Es würde nicht explodieren.
@jameslarge Ich bin mir nicht sicher, ob Schmelzen viel besser ist als für ein Flugzeug zu explodieren.
@JAB googeln Sie nach "Flugzeug-Blitzschlagschäden", klicken Sie auf die Registerkarte "Bilder", beurteilen Sie selbst.
Erstens, was passiert eigentlich, wenn ein Flugzeug vom Blitz getroffen wird? Ist der Pfad Wolke -> Ebene -> Erde? Oder gleicht sich das Potenzial des Flugzeugs nur der umgebenden Wolke / Luft an?
@peterG Intra-Cloud-Streiks sind ziemlich häufig, ein Flugzeug mit Metallhaut ist eine bequeme Abkürzung für einen.
@jameslarge, das sollte ehrlich gesagt in das Antwortfeld gehen.
@james large Genau genommen bezieht sich der Begriff "Dampfdruck" auf den Beitrag einer Komponente eines Gasgemisches zum Gesamtdruck.

Antworten (3)

Die Wärmemenge, die durch Strom erzeugt wird, der durch einen Widerstand fließt (ob von Blitzen oder gewöhnlichen Quellen), steht in direktem Zusammenhang mit der Verlustleistung des Widerstands, dh

P = ich 2 R .
R ist klein für Objekte aus guten Leitern, was viele Metalle sind, und groß für Objekte aus schlechten Leitern wie Kunststoff oder Holz. Da ein Blitzeinschlag nur eine sehr kurze Dauer hat, reicht die während eines solchen Einschlags erzeugte Gesamtwärme nicht aus, um Metall zu schmelzen, sondern genug, um Holz in Brand zu setzen oder Kunststoff zu schmelzen.

Lässt man die großen Ströme des Blitzeinschlags länger durch das Metall fließen, würde es sich wahrscheinlich auch allmählich erwärmen und schließlich schmelzen, aber das würde länger dauern als die Zeitskala, auf der ein Blitz auftritt.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass bei einem Blitzeinschlag der Widerstand der letzten paar Meter wahrscheinlich sehr wenig Einfluss auf den Strom hat, sodass wir I als relativ konstant behandeln können. Das macht Ihre P=I^2R-Verbindung noch leistungsfähiger.
Dadurch wird es gültig . In dieser Antwort fehlt dieses sehr wichtige Detail. siehe die andere Antwort dafür.

Der hohe elektrische Strom bei einem Blitzeinschlag liefert Wärmeenergie über die gesamte Länge des Blitzes. Ein Teil dieser Länge befindet sich in der ionisierten Luft über dem Flugzeug, ein Teil ist der Rumpf des Flugzeugs und ein Teil ist die ionisierte Luft vom Flugzeug bis zum Boden. Der Strom ist derselbe, aber die erzeugte Wärme ist proportional zum elektrischen Widerstand des Pfads, und das Aluminium der Ebene (sowie die Verbindungen, die die Aluminiumteile zusammenhalten) hat einen sehr geringen elektrischen Widerstand. Der Luftpfad wird also sehr heiß, der Aluminiumpfad hingegen nicht.

Bäume und Luft haben einen hohen elektrischen Widerstand, aber (beim Zusammenbruch) einen schmalen leitenden Kanal (ionisiertes Gas wird in einen schmalen Kanal „Z-gequetscht“, und die ersten holzigen Teile, die karbonisieren, werden den gesamten Strom in Beschlag nehmen). So,

H e a t P Ö w e r = ich 2 R = ich 2 ρ ∗ L / EIN

Die Erwärmung pro Lufteinheitslänge ist höher als bei der Aluminiumebene, da Luft selbst bei vergleichbarer Leitungsquerschnittsfläche einen höheren spezifischen Widerstand aufweist.

Ein Baum enthält viel Wasser, das sich explosionsartig in Gas umwandelt, wenn elektrischer Strom durch den Baum fließt. Holz ist auch brennbarer als Metall, sodass es aufgrund der extremen Hitze Feuer fängt.

In einem Flugzeugrumpf fließt der Strom harmlos an der Außenseite des Flugzeugs entlang und wieder heraus. Das Flugzeug ist nicht geerdet. Genauso wie ein Auto durch Gummireifen isoliert wird.

Von Reifen isoliert? Der Bolzen hat sich gerade meilenweit durch die Luft gebohrt und bleibt wegen Gummi stehen? Warum nicht einfach den Reifen ignorieren und die verbleibenden paar Zentimeter durch die Luft springen?
@JDługosz: Der Blitz geht natürlich wohin er will. Aber es will das Auto nicht besonders treffen, weil die Reifen verhindert haben, dass eine Gegenladung vom Boden in den Rahmen des Autos fließt und den herunterkommenden Blitz anzieht. (Nein, das ist nicht die Erklärung, die diese Antwort vorzuschlagen scheint).
Blitze treffen Autos. Ich kann nichts darüber finden, ob ein Blitz per se mehr oder weniger wahrscheinlich ein Auto trifft, aber ich habe Aussagen gesehen, dass die Höhe wichtig ist und "gute" vs. "schlechte" Leiter nur bei der Wahl zwischen zwei nahe beieinander liegenden Zielen eine Rolle spielen.
@HenningMakholm youtu.be/9Du_w976s5Q
Es sind nicht die Gummireifen oder die Erdung, die Sie in einem Auto schützen. Das liegt daran, dass das Auto praktisch ein Faraday-Käfig ist.
Baum vs. Blitzableiter: Warum brennt der eine und der andere nicht?
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