Forum: HF, Funk und Felder Wie schnell sind Elektronen in einem Blitz


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von Hans (gast34878)


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Hallo,

wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die 
Driftgeschwindigkeit!

von Jörg R. (solar77)


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Hans schrieb:
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Mit doppelter Trollgeschwindigkeit🤡

von Ralf X. (ralf0815)


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Hans schrieb:
> Hallo,
>
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Die geben lediglich ihrem Nachbarn in Blitzrichtung einen Tritt.. *gg

von Hans (gast34878)


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Das ist nicht ganz richtig sie geben ihren Nachbarn einen Tritt und 
bewegen sich ein bisschen weiter.
Wenn sie sich nicht weiter bewegen würden wäre ja die Wolke immer noch 
geladen *gg
Mich interessiert nicht der Tritt sondern das bisschen weiter...

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Ich habe mal gelesen, dass man Elektronen beim "bewegen" ganz bequem 
zuschauen könnte, wenn sie sichtbar wären. Es ging um wenige Zentimeter 
pro Sekunde.

von J. T. (chaoskind)


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Hans schrieb:
> Wenn sie sich nicht weiter bewegen würden wäre ja die Wolke immer noch
> geladen *gg

Wimre können Wolken auch positiv geladen sein

von Udo S. (urschmitt)


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Hans schrieb:
> Mich interessiert nicht der Tritt sondern das bisschen weiter...

Dann rechne es dir aus.
Du brauchst:
Die Stromstärke
Die wirksame Querschnittsfläche des Blitzkanals
Die durchschnittliche Ladungsträgerdichte des Plasmas im Blitzkanal

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Stromdichte

von Udo S. (urschmitt)


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J. T. schrieb:
> Wimre können Wolken auch positiv geladen sein

Überlege dir mal was eine positive Ladung bedeutet. Und ob sich in einem 
Plasma dann die Elektronen oder die positiven Atom/Molekül-Rümpfe mehr 
bewegen.

von Roland E. (roland0815)


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Hans schrieb:
> Hallo,
>
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Auch nicht schneller als daneben.

von Bodo M. (dg8ly)


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Wenn ich mal davon ausgehe, dass deine Frage (eigentlich sehr 
interessant) ernst gemeint ist möchte ich folgendes
dazu sagen. Solltest du in Physik und Mathematik gut bis sehr gut sein, 
empfehle ich dir diesen Artikel:
https://www.ipp.mpg.de/2155286/Plasmaphysik
Einen Artikel und hier keine Erklärung aus dem Grunde, weil er zu 
ausführlich wäre und es auch nicht hier hingehört, sondern in ein 
Physikforum.
73 Bodo (dg8ly)

von Michael B. (laberkopp)


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Hans schrieb:
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Ein Blitz gleicht eine Ladung von ca. 0.1C mit 100000A in höchstens 
1/100000s aus.
Also 0.624 Trillionen Elektronen sind hinterher ca. 1000m woanders, 
nicht mehr in der Wolke sondern in der Erde. Sie hatten dazu 1/100000s 
Zeit, also müssen sie 100000km/s schnell gewesen sein. Andere Quellen 
reden von 30000km/s, 1/10 Lichtgeschwindigkeit.

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


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Michael B. schrieb:
> Also 0.624 Trillionen Elektronen sind hinterher ca. 1000m woanders

Das ist genauso richtig wie die Aussage: Wenn du den Lichtschalter 
einschaltest müssen die Elektronen innerhalb 1/1000 Sekunde vom 
Kraftwerk bis zu der Lampe kommen.

Und wenn ich den Wasserhahn aufdrehe kommt auch nicht das Wasser aus dem 
Hochbehälter direkt aus dem Wasserhahn!

von Al (almond)


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Michael B. schrieb:
> Ein Blitz gleicht eine Ladung von ca. 0.1C mit 100000A in höchstens
> 1/100000s aus.
> Also 0.624 Trillionen Elektronen sind hinterher ca. 1000m woanders,
> nicht mehr in der Wolke sondern in der Erde. Sie hatten dazu 1/100000s
> Zeit, also müssen sie 100000km/s schnell gewesen sein. Andere Quellen
> reden von 30000km/s, 1/10 Lichtgeschwindigkeit

Falsche Folgerung

Die Zahl sagt vielleicht etwas über die Menge der bewegten Elektronen 
aus und die Geschwindigkeit des Ladungstransports, sagt aber gar nichts 
über die Fortbewegungsgeschwindigkeit eines einzelnen Elektrons in einem 
Plasma.

Die Herleitung der Bewegungsgeschwindigkeit in einem Leiter mit 
bekanntem Querschnitt einfach erklärt hier:

https://www.schule-bw.de/faecher-und-schularten/mathematisch-naturwissenschaftliche-faecher/physik/unterrichtsmaterialien/e_lehre_2/teilchenfeld/geschwelektronen.htm

Bei einem leitfähigen Plasmakanal anstatt eines metallischen Leiters 
wird es sich vom Prinzip nicht anders verhalten.

von Roland E. (roland0815)


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Michael B. schrieb:
> ... laberte...

Die Elektronen bewegen sich nur bis zum nächsten Atom. Damit ist deine 
ganze Rechnung hinfällig.

von Reinecke (Gast)


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Hans schrieb:
> Hallo,
>
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Ist das Elektronendriftgeschwindigkeitsmessgerät zu teuer?


Plasmaphysik ist m.W. mathematisch (noch) unberechenar, s. 
Fusionsreaktor.

Der steht seit 1950 relativ konstant 20 Jahre +/- 5-10 J. immer so kurz 
vor seiner Totgeburt, zieht aber immer wieder Forschungsgelder an bis 
die Lichter ausgehen ;)

von Reinecke (Gast)


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Nachtrag.

Gase und Flüssigkeiten sind Fluide und werden durch die Navier Stokes 
Gleichung beschrieben, ein Millenium Problemen der Mathematik.

Löse die und Du hast keine Sorgen mehr.

Zu den Blitzen gibts nur wenige veraltete Modelle, die keine Sprites 
beschreiben und viel zu wenig Daten. Die wenigen Studien geben auch 
nichts her, letzlich muß man wie bei der Diffusion in Metallen davon 
ausgehen, daß es im Blitzkanal wie aufm Weihnachtsmarkt zugeht, je 
niedriger der Widerstand, umso träger tummeln die sich.

Dazu kommen weitere Oszillationen und Sprungeffekte, unberechenbare 
Verästelungen usw... Nichts genaues wird ein Physikforum auch nicht 
wissen.

von Thomas W. (ratos)


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Hans schrieb:
> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
> Driftgeschwindigkeit!

Mit der Formel aus https://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?t=62976 
und der Elektronendichte aus 
https://www.ipp.mpg.de/1166987/script_ws.pdf und Annahmen über Strom und 
Durchmesser des Blitzkanals komme ich auf etwa 500km/s, was ganz gut dem 
Richtwert aus einer Vorlesung von 150km/s entspricht.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Zum Glück ist es Gleichstrom. Für Netzwechselstrom ist das eine 
Scherzfrage, die Elektronen zappeln da nur hin und her.

von Martin L. (makersting)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> die Elektronen zappeln da nur hin und her.

Eher: Sie werden zwangsweise gezappelt, das über Jahre! PETE bereitet 
schon eine Protestaktion vor.

Beitrag #7574203 wurde vom Autor gelöscht.
von Kolja L. (kolja82)


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> ChatGPT
> Die Geschwindigkeit der Elektronen in einem Blitz kann bis zu etwa 100.000 
Kilometer pro Sekunde erreichen, was nahezu einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit 
entspricht. Diese hohe Geschwindigkeit entsteht durch die extremen elektrischen 
Felder während eines Blitzes, die die Elektronen beschleunigen. Es ist jedoch 
wichtig zu beachten, dass die tatsächliche Geschwindigkeit der Elektronen je nach 
den spezifischen Bedingungen des Blitzes variieren kann.

von Gustav G. (gustavgggg)


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Jörg R. schrieb:
> Hans schrieb:
>> wie schnell bewegen sich die Elektronen in einem Blitz. Ich meine die
>> Driftgeschwindigkeit!
>
> Mit doppelter Trollgeschwindigkeit🤡

Die Elektronen bewegen sich nicht von der Wolke in einigen Hundert Meter 
höhe bis zum Boden. Das wäre aufgrund der mittleren Weglänge in 
Atmospähre so nicht möglich. Ein Blitz ist im wesentlichen ein 
Plasmakanal. Wenn das Plasma einmal gezündet ist, also genug Energie da 
war um Ionisation möglich zu machen, ist das ein kurzzeitig leitfähiger 
Kanal bis zum Boden. Stelle es dir wie ein Kabel zum Boden vor.

von Wladimir (vril_2023)


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Udo S. schrieb:
> J. T. schrieb:
>> Wimre können Wolken auch positiv geladen sein
>
> Überlege dir mal was eine positive Ladung bedeutet. Und ob sich in einem
> Plasma dann die Elektronen oder die positiven Atom/Molekül-Rümpfe mehr
> bewegen.

Schon mal was von Elektronenmangel gehört?

Physik? setzen 6!

von Wladimir (vril_2023)


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Michael B. schrieb:
> …Andere Quellen
> reden von 30000km/s, 1/10 Lichtgeschwindigkeit.

Blödsinn!

Ein Guchelblitz ( für Wessis: Kugelblitz ) bewegt sich mit weniger als 
10m/s ;-)

von Al (almond)


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Schallgeschwindigkeit ist höher als Lichtgeschwindigkeit.
Beweis: Wenn ich meinen Fernseher anschalte ist der Ton eher da als das 
Bild.

von Wladimir (vril_2023)


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Al schrieb:
> Schallgeschwindigkeit ist höher als Lichtgeschwindigkeit.
> Beweis: Wenn ich meinen Fernseher anschalte ist der Ton eher da als das
> Bild.

Das ist völlig normal, denn das Licht muss sich zuerstmal entscheiden, 
ob es nun Teichen oder Welle ist;-)

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Udo S. schrieb:
> Dann rechne es dir aus.
> Du brauchst:

Einem Blitz geht eine Serie von so genannten Vorentladungen voraus. 
Geladene Luftmoleküle bilden einen elektrisch leitenden Blitzkanal von 
etwa einem Zentimeter Durchmesser, der sich stufenweise bis zur 
Erdoberfläche aufbaut. Kurz bevor der Kanal die Erde erreicht, wird dort 
eine Fangladung erzeugt, die der Vorentladung entgegenläuft. Dadurch 
wird der Blitzkanal geschlossen und der Hauptblitz fährt hindurch.

Im Blitzkanal kann es nach der Hauptentladung innert Sekundenbruchteilen 
zu weiteren Teilentladungen kommen. Mehrere Blitze fahren nacheinander 
durch den Blitzkanal, was wir als Flackern wahrnehmen.

Der Hauptblitz bewegt sich mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit, 
also rund 100 000 Kilometer pro Sekunde.

Die verschiedenen Phasen eines Blitzes vom ersten Aufbau bis zur 
Hauptentladung dauern ein paar wenige Zehntelsekunden, der Hauptblitz 
allein höchstens eine Hundertstelsekunde.
Der zeitlich längste einzelne Blitzschlag dauerte knapp über 17 
Sekunden, am 18. Juni 2020 über Südamerika

Aus der Quelle:
https://www.bfb-cipi.ch/blog/detail/66-fragen-zum-blitz

von Gerhard H. (hauptmann)


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Hans schrieb:
> wie schnell bewegen sich die Elektronen

Im Grunde bewegt sich da gar nichts weil Elektronen wie alle 
Elementarteilchen nur Hilfskonstrukte menschlichen Geistes sind. Man 
kann aber Bewegung von etwas und allerhand weitere Eigenschaften in 
Beobachtungen hineininterpretieren damit sich da etwas ausrechnen und 
überhaupt technisch nutzen lässt.

von Wladimir (vril_2023)


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Gerhard H. schrieb:
> Hans schrieb:
>> wie schnell bewegen sich die Elektronen
>
> Im Grunde bewegt sich da gar nichts weil Elektronen wie alle
> Elementarteilchen nur Hilfskonstrukte menschlichen Geistes sind.

Warum wundern mich „im
Grunde“ die aktuellen PISA-Ergebnisse nicht?

von Al (almond)


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Der Physiker Melvin Vopson argumentiert, dass die physikalischen 
Gesetze, die unser Universum beherrschen, Computercodes ähneln, während 
die Elementarteilchen, aus denen Materie besteht, Pixeln ähneln könnten.

https://www.focus.de/panorama/welt/figuren-in-einer-fortgeschrittenen-virtuellen-welt-physik-professor-behauptet-dass-wir-alle-in-einer-simulierten-realitaet-leben_id_259535433.html

Vopson lehrt allerding in Portsmouth und nicht in Pisa.

: Bearbeitet durch User
von Wladimir (vril_2023)


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Al schrieb:
> Der Physiker Melvin Vopson argumentiert, dass die physikalischen
> Gesetze, die unser Universum beherrschen, Computercodes ähneln, während
> die Elementarteilchen, aus denen Materie besteht, Pixeln ähneln könnten.
> 
https://www.focus.de/panorama/welt/figuren-in-einer-fortgeschrittenen-virtuellen-welt-physik-professor-behauptet-dass-wir-alle-in-einer-simulierten-realitaet-leben_id_259535433.html
> Vopson lehrt allerding in Portsmouth und nicht in Pisa.

Auch mit Allgemeinwissen vom Focus - wird das Verständnis von Physik 
nicht unbedingt besser!

von Percy N. (vox_bovi)


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Al schrieb:
> Der Physiker Melvin Vopson argumentiert, dass die physikalischen
> Gesetze, die unser Universum beherrschen, Computercodes ähneln, während
> die Elementarteilchen, aus denen Materie besteht, Pixeln ähneln könnten.
>
> 
https://www.focus.de/panorama/welt/figuren-in-einer-fortgeschrittenen-virtuellen-welt-physik-professor-behauptet-dass-wir-alle-in-einer-simulierten-realitaet-leben_id_259535433.html

"Ich träumte, ich sei ein Schmetterling und huschte am Himmel herum; 
dann bin ich aufgewacht. Jetzt frage ich mich: Bin ich ein Mann, der 
davon geträumt hat, ein Schmetterling zu sein, oder bin ich ein 
Schmetterling, der träumt, dass ich ein Mann bin?"

Zhuangzi (um 365 - 290 v. Chr.)

https://www.zitate7.de/24470/Ich-weiss-nicht-ob-ich-ein.html

Manche Ideen werden immer wieder neu aufgewärmt.

von Roland E. (roland0815)


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Gerhard H. schrieb:
> Hans schrieb:
>> wie schnell bewegen sich die Elektronen
>
> Im Grunde bewegt sich da gar nichts weil Elektronen wie alle
> Elementarteilchen nur Hilfskonstrukte menschlichen Geistes sind. Man
> kann aber Bewegung von etwas und allerhand weitere Eigenschaften in
> Beobachtungen hineininterpretieren damit sich da etwas ausrechnen und
> überhaupt technisch nutzen lässt.

Nein, es findet tatsächlich ein Teilchen- bzw Materietransport statt, 
sonst würde Galvanik nicht funktionieren.

von Route_66 H. (route_66)


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Al schrieb:
> Schallgeschwindigkeit ist höher als Lichtgeschwindigkeit.
> Beweis: Wenn ich meinen Fernseher anschalte ist der Ton eher da als das
> Bild.

Wie erklärst Du dann, dass man den Blitz erst sieht und den Donner 
später hört?
Deine Erklärung geht an folgender wissenschaftlicher Erkenntnis vorbei: 
Die Augen sind weiter vorn und dann erst kommen die Ohren!

Beitrag #7576895 wurde vom Autor gelöscht.
von Jakob L. (jakob)


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Eine Messung der Geschwindigkeit der Elektronen selbst ist schwierig 
aber es ist bekannt das Blitze Röntgen- und Gamma-Strahlung erzeugen - 
und da kann man das Spektrum deutlich einfacher messen. Hier ist ein 
Paper dazu (volles Paper leider hinter einer Paywall, aber im Abstract 
stehen schon ein paar Zahlen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378779622007945

> Gamma-ray glows have been reported from both ground-based (e.g., [8, 51, 54]) 
and airborne observations (e.g., [22, 29, 32, 37]). The energy spectrum is thought 
to extend to some tens of MeV.

Für jedes Photon an Gammastrahlung muss ein Elektron mit (mindestens) 
der gleichen Energie abgebremst werden, es muss also zumindest einzelne 
Elektronen mit entsprechend hoher Energie geben. Und das ist der Bereich 
in dem es schon deutlich relativistisch ist, hier hat es mal jemand für 
1.02 MeV ausgerechnet und kommt da schon auf 94.3% der 
Lichtgeschwindigkeit:

https://www.lehman.edu/faculty/anchordoqui/gp10solns.pdf

Bei "some tens of MeV" ist es noch mal deutlich näher an der 
Lichtgeschwindigkeit. Kann durchaus sein dass die meisten Elektronen 
sich deutlich langsamer bewegen aber zumindest ein Teil ist auf jeden 
Fall relativistisch und hat eine Geschwindigkeit nahe der 
Lichtgeschwindigkeit.

von Udo S. (urschmitt)


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Jakob L. schrieb:
> Bei "some tens of MeV" ist es noch mal deutlich näher an der
> Lichtgeschwindigkeit. Kann durchaus sein dass die meisten Elektronen
> sich deutlich langsamer bewegen aber zumindest ein Teil ist auf jeden
> Fall relativistisch und hat eine Geschwindigkeit nahe der
> Lichtgeschwindigkeit.

Das würde aber bedeuten, das das Elektron in einem Feld über 10 MV 
beschleunigt worden wäre bevor es bei einem Stoß mit einem Atom seine 
gesamte Energie als Photon abgegeben hätte. Das das Elektron so weit 
kommt, kommt mir unwahrscheinlich vor.

Das ist schon interessant.

von Udo S. (urschmitt)


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Nachtrag:
Hier steht etwas mehr dazu:
https://de.wikipedia.org/wiki/Terrestrischer_Gammablitz
Das sind aber wohl Effekte die in der oberen Athmosphäre passieren und 
nicht in einem "normalen" Blitzkanal eines Bodennahen Luft-Luft oder 
Luft-Erde Blitzes.
Dort oben ist die Luft deutlich dünner, ausserdem hat man auch solche 
Effekte beobachtet wo gar kein Gewitter war.

von Wladimir (vril_2023)


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Vor allem gibt dort oben keine Kugelblitze ;-)

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Wladimir schrieb:
> Kugelblitze

Schon mal Kugelblitze gesehen?

von Udo S. (urschmitt)


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Wladimir schrieb:
> Vor allem gibt dort oben keine Kugelblitze

Dafür Kobolde und Elfen

von Stephan (Gast)


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Wladimir schrieb:
> Vor allem gibt dort oben keine Kugelblitze ;-)

In fliegenden Flugzeugen gabs die - wenn F. fliegen - nur dort oben.

von Edgar (hb9tru)


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Die Geschwindigkeit bestimmter Elektronen in einem Blitz kann z.T. sehr 
hoch sein, nahe der Lichtgeschwindigkeit, denn sie genügt, um 
Stickstoff-Atomkerne zu zertrümmern, wie japanische Forscher vor kurzem 
nachgewiesen haben:
https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/nachrichten/2017/gewitter-koennen-radioaktive-isotope-erzeugen/
https://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Kernreaktor_Atmosphaere__ndash__Blitze_erzeugen_radioaktive_Isotope1771015590478.html
Auch Antimaterie (Positronen) kann in einem Blitz entstehen.

von Wladimir (vril_2023)


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Edgar schrieb:
> Die Geschwindigkeit bestimmter Elektronen in einem Blitz kann z.T. sehr
> hoch sein, nahe der Lichtgeschwindigkeit, denn sie genügt, um
> Stickstoff-Atomkerne zu zertrümmern, wie japanische Forscher vor kurzem
> nachgewiesen haben:
> 
https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/nachrichten/2017/gewitter-koennen-radioaktive-isotope-erzeugen/
> 
https://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Kernreaktor_Atmosphaere__ndash__Blitze_erzeugen_radioaktive_Isotope1771015590478.html
>

Blitze erzeugen radioaktive Isotope?
Das ist ja schrecklich!

Wahrscheinlich steckt Putin oder die AfD dahinter!

von Jens B. (dasjens)


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Al schrieb:
> Schallgeschwindigkeit ist höher als Lichtgeschwindigkeit.
> Beweis: Wenn ich meinen Fernseher anschalte ist der Ton eher da als das
> Bild.

Und wieso sehe ich erst den Dampf und höre dann die Hupe der Dampflock?




Weil die Augen näher dran sind.

von Berni-Bär 🐼 (stm32prof)


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Roland E. schrieb:
> Die Elektronen bewegen sich nur bis zum nächsten Atom. Damit ist deine
> ganze Rechnung hinfällig.

So ist es!

Sie bewegen sich als freie Elektronen mit maximal etwa 99% 
Lichtgeschwindigkeit zum nächsten Atom, wo sie gefangen werden. Das ist 
aber nicht das direkt benachbarte. Die fliegen durchaus sehr viel weiter 
schnell durch das Atomgitter. Auch die die gefangen wurden, verbleiben 
dort nicht beliebig lange, sondern bewegen sich weiter.

-> Die Elektronengeschwindigkeit ist maximal knapp an C!

Da das Elektron aber von einer geringeren Geschwindigkeit von 10%...90% 
c beschleunigt wird, ist die mittlere Geschwindigkeit geringer als die 
maximalen 99%, für die meisten irgendetwas zwischen 30% und 90%. Hinzu 
kommt die Verweildauer, die das Vorankommen bremst. Das kann lange sein 
bis unendlich für einige! Die Feldstärke wird natürlich mit nahe C 
vorangetrieben, folglich erreicht das Feld eines Elektrons auch durchaus 
99%. Im Mitter ist der Strom aber statistisch viel weniger.

-> Ein Elektron trägt nur teilweise zum Ladungstransport bei und das 
nicht dauerhaft. Die Bewegung des einzelnen Elektrons sagt also nichts 
über die "Blitzgeschwindigkeit".

Im Mittel müssen sich sicher 10-100mal mehr Elektronen bewegen, als es 
der mittlere berechnete Strom angebibt.

-> Der Elektronenstrom ist stark divergent verteilt und hat Spitzen!

Elektronen alleine erzeugen kein Leuchten. Es muss eine Ladungstrennung 
und eine Rekombination stattfinden. Die meisten Gase leuchten aber auf 
so unterschiedlichen Spektren und so schwach, dass das mit dem Auge 
nicht einheitlich sichtbar ist. Der Blitz wird fast ausschließlich durch 
bewegte Luftteilchen erzeugt, die aufgeladen werden und sich bewegen. 
Die Luftteilchen sind sehr schwer im Vergleich zum Elektron und kommen 
nicht voran. Sie müssen erst einmal Reibung erzeugen, um Hitze zu haben, 
die Leuchtkraft besitzt

-> Der sichtbare Blitz ist nochmal sehr viel langsamer, als der mittlere 
Strom und auch langsamer, als die langsamsten Elektronen

-> Der Blitz bewegt sich auch ENTGEGEN den Elektronen.

von Edgar (hb9tru)


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Es handelt sich dabei um einen Fall von Wakefield-Beschleunigung:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-23000-7
die einem Partikel auf sehr kurze Strecken unheimlich viel Energie 
zuführen kann.

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