Elektrizität und Magnetismus gehören zusammen, was ja auch in dem Wort „Elektromagnetismus“ deutlich zum Ausdruck kommt. Magnetfelder werden dort erzeugt, wo elektrische Ladung bewegt wird. Auch atomare Ströme erzeugen ein sie umgebendes Magnetfeld. Dort, wo durch einen elektrischen Leiter Strom fließt, entsteht das Magnetfeld in kreisförmig angelegten Linien um den Leiter herum. Nur durch das Vorhandensein einer Spannung allein entsteht noch kein Magnetfeld. Es gibt unterschiedliche Magnetfelder wie zum Beispiel Wechselfelder bei Wechselstrom oder statische Magnetfelder bei Gleichstrom.
Das Magnetfeld eines Blitzes: Grundlegende Informationen
Das Fließen von Strom ist also eine Ursache für das Entstehen eines Magnetfeldes. Da es sich bei einem Blitz um eine Entladung von elektrischer Energie handelt, ist die Ursache eines Magnetfeldes also gegeben. Die beim Blitz entstehende elektromagnetische Welle breitet sich dann räumlich aus, weshalb man auch von einem Feld spricht. Mit dem Abstand zum Blitz nimmt die Stärke des Magnetfeldes ab. Je näher am Blitz, desto stärker ist also auch das Magnetfeld und die ihn ihm vorhandene Spannung. Durch Blitze entstehen demnach natürliche elektromagnetische Felder. Unnatürliche magnetische und elektrische Felder sind vor allen Dingen durch elektrische Geräte verursacht.
Die Entstehung eines Blitzes
In sogenannten Gewitterwolken, in denen starke Aufwinde vorhanden sind, kommt es durch die entstehende Reibungsenergie zu starken elektrischen Ladungen. Dabei entstehen in der Oberseite- und der Unterseite der Wolke je ein positiv oder ein negativ geladener Pol, wodurch sich innerhalb der Wolke eine starke Spannung aufbaut. Im oberen Teil der Wolken bilden sich Eiskristalle, während die untere, negativ geladene Seite, Wassertröpfchen enthält. Wenn die Spannung zu groß wird, entlädt sie sich mit einem Blitz. Meistens wird hier die negative Ladung aus der unteren Wolkenhälfte entladen. Kommt es jedoch zu einer Entladung der oberen Wolkenhälfte, spricht man vom Positivblitz.
Auch wenn Beobachter nur einen einzigen Blitz sehen, so besteht doch ein Blitz aus mehreren Vor- und Hauptblitzen. Durch die Vorblitze wird ein aus ionisierender Luft bestehender Blitzkanal erzeugt. Der eigentliche Hauptblitz wird dann durch diesen Blitzkanal geleitet. Bei einem Blitz handelt es sich demnach um eine natürliche, starke elektrische Stromquelle, die elektrische Spannung innerhalb von Wolken oder Wolken zur Erde ausgleicht. Die meisten Blitze haben eine Länge von 2 bis 3 Kilometern und dauern weniger als eine Sekunde.
Allein in Deutschland kam es im Jahr 2007 etwa zu 2,6 Millionen Blitzen. Der elektromagnetische Impuls, welcher bei der Entladung eiens Blitzes erzeugt wird, breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und kann noch in weiter Entfernung gemessen werden. So ist es möglich, anhand des Magnetfeldes eines Blitzes, die Lokalisation eines Blitzes zu bestimmen.
Die Stärke messen
Die Stärke des Magnetfeldes des Blitzes steigt mit der Anstiegsgeschwindigkeit des Blitzstroms. Das Vorhandensein des Magnetfeldes ermöglicht es dem Blitz, auch in weiter Entfernung noch elektrische Spannungen zu erzeugen. Mit einer Stromstärke von ungefähr 20.000 Ampere entlädt sich der Blitz, wodurch sein Magnetfeld entsteht. Die Luft um den Blitz herum wird von einem Moment auf den anderen auf ca. 30.000 Grad Celsius erhitzt. Strom und Magnetfeld zusammen führen zu einem erhöhten Druck innerhalb des Blitzkanals (Pinch-Effekt), denn das vorhandene Magnetfeld umschließt diese heiße Luft.
Es sorgt so dafür, dass sich die ionisierten Luftmoleküle nicht ausdehnen können. Ist die elektrische Ladung und damit der Blitz beendet, fällt das Magnetfeld zusammen. Dadurch entweicht die ionisierte, heiße Luft bzw. das Plasma schlagartig mit einem lauten Knall – es donnert.
Wann das Magnetfeld zur Gefahr werden kann
Auch im Haus kann es zu gefährlichen Blitzschäden kommen. Doch der Blitz muss gar nicht selbst einschlagen, um Schaden anrichten zu können. Das Magnetfeld des Blitzes kann die Spannung im Haus auf einen geschlossenen Stromkreis übertragen. Ist ein Mensch mit zwei Leitungen innerhalb dieses Stromkreises verbunden, wie etwa beim Telefonieren während der Arbeit am Computer mit der Maus, dann kann auch so noch Spannung übertragen werden. Im besten Fall spürt der Mensch lediglich ein Kribbeln. Elektrogeräte können ebenfalls zu Schaden kommen, ohne dass der Blitz in das Gebäude direkt einschlagen muss. Denn auch hier kann das Magnetfeld des Blitzes dazu führen, dass zu hohe Spannungen auf die Hausleitungen übertragen werden.
Sollten also nicht alle Leitungen des Hauses richtig geerdet sein, hilft nur, alle Stecker zu ziehen, auch wenn das Gewitter noch in weiter Entfernung scheint.
Informationen zur Messung
Da ein Magnetfeld in der Lage ist, fast alle Materialen zu durchdringen, kann es recht genau vermessen werden. Die Feldstärke wird in Ampere pro Meter (A/m) angegeben, während die Flussdichte in Tesla (T) gemessen wird.
Der Faraday-Käfig und das Magnetfeld eines Blitzes
Ein von Metall umschlossener Raum wird nach Michael Faraday auch Faraday-Käfig genannt. Schlägt der Blitz in solch einen Metallkäfig ein oder steht ein komplett abgeriegeltes Auto innerhalb des Magnetfeldes eines Blitzes, so verteilt sich die gesamte elektrische Ladung nur auf der äußeren, metallenen Oberfläche und kann nicht in das Innere des Metallkäfigs eindringen. Ein solcher Faraday-Käfig bleibt also auch bei einem Gewitter feldfrei. Trotzdem sollten elektronische Teile auch hier nicht genutzt werden, da dies wiederum doch gefährlich werden könnte.
Fazit
Wo immer Strom bzw. elektrische Felder ihre Ladung bewegen, wird ein Magnetfeld erzeugt. Magnetfelder wiederum kontrollieren die elektrische Ladung und nehmen mit zunehmender Stromstärke ebenfalls an Stärke zu. Je weiter das Magnetfeld eines Blitzes durch seine wellenartige Ausdehnung jedoch vom Blitz entfernt ist, desto geringer ist seine Kraft. Das Magnetfeld transportiert aber in jedem Fall ebenfalls elektrische Energie und sollte deshalb niemals unterschätzt werden.
