Wenn wir Blitze nutzen können, müssen wir dann immer noch Strom erzeugen?

Die Entdeckung und Anwendung der Elektrizität hat zu weltbewegenden Veränderungen in der menschlichen Gesellschaft geführt. Die rasante Entwicklung der menschlichen Zivilisation in den letzten 300 Jahren ist untrennbar mit dem Beitrag der Elektrizität verbunden. Wenn es um die Entdeckung und Anwendung der Elektrizität geht, fällt uns sofort ein Name ein: Franklin.

Das stimmt, es war Franklin, der mit einem Drachen bewies, dass Blitze am Himmel und Elektrizität auf der Erde dasselbe sind. An einem stürmischen Tag im Jahr 1752 ließ Franklin einen Drachen, an dem ein Schlüssel befestigt war, mithilfe einer Metallschnur in die Luft steigen. Die regennasse Metallschnur leitete den Blitz zwischen seiner Hand und dem Schlüssel. Von da an gelang der Menschheit ein Durchbruch im Verständnis der Elektrizität. Fast 70 Jahre später, im Jahr 1821, erfand Faraday den Elektromotor. Zehn Jahre später schuf Faraday, der Entdecker der elektromagnetischen Induktion, den ersten Generator in der Menschheitsgeschichte, der kontinuierlich elektrischen Strom erzeugen konnte. Von da an konnte die Menschheit nicht mehr ohne Elektrizität leben. Für den modernen Menschen ist jeder Tag ohne Strom unerträglich, doch Strom kommt nicht vom Himmel. Wir müssen Strom erzeugen, um den Strombedarf der Menschheit zu decken.

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Können wir Strom nur künstlich erzeugen? Können wir Strom direkt aus der Natur gewinnen?

Diese Idee hat eine theoretische Grundlage, denn Elektrizität wurde nicht von Menschen erfunden, sie existiert seit Anbeginn in der Natur, und die Forschung von Franklin und anderen Wissenschaftlern bestand lediglich darin, sie zu entdecken und anzuwenden. Wenn es um Elektrizität in der Natur geht, sind uns die Blitze am Himmel am vertrautesten. Franklin bewies durch das Drachenexperiment auch, dass der Blitz am Himmel und die Elektrizität auf der Erde dasselbe sind. Das heißt, wenn wir Blitze einfangen und in Elektrizität umwandeln können, können wir sie für den Menschen nutzen.

Wie viel elektrische Energie enthält also ein Blitz? Umgerechnet in die uns geläufige Einheit „Grad“, wie viele Kilowattstunden Strom entsprechen dem? Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, was ein Blitz ist und wie er entsteht. Einfach ausgedrückt handelt es sich bei Blitzen um Entladungsphänomene zwischen Wolken, zwischen Wolken und dem Boden und zwischen verschiedenen Teilen innerhalb einer Wolke. Warum kommt es also zu einer Entladung?

Cumulonimbuswolken erzeugen elektrische Ladungen, wobei die obere Schicht der Wolke positiv und die untere Schicht negativ ist. Gleichzeitig entstehen auch am Boden positive Ladungen, die sich mit den Wolken bewegen.

Wie das Sprichwort sagt: Gleiches stößt Gleiches ab und Gegensätze ziehen sich an. Positive und negative Ladungen versuchen immer, Schwierigkeiten zu überwinden und zusammenzuhalten. Das Problem besteht jedoch darin, dass Luft kein guter Leiter ist, sodass positive Ladungen nur nach außen gehen können, um nach Möglichkeiten zu suchen. Sie heften sich an hohe Bäume, Gebäudedächer und sogar an den menschlichen Körper. Gleichzeitig war auch die negative Ladung nicht ungenutzt. Es streckte seine Hände fest nach unten und versuchte, die positive Ladung zu erfassen. Seine Hände wurden immer länger und schließlich überwanden die positiven und negativen Ladungen zahlreiche Hindernisse und verbanden sich miteinander. Dann schoss ein gewaltiger elektrischer Strom vom Boden in die Wolken und ein Blitz, der den Nachthimmel durchschnitt, war geboren.

Es ist so schwierig für positive und negative Ladungen, einander zu umarmen. Um das Lufthindernis zu überwinden, müssen sie über eine extrem starke Spannung verfügen. Deshalb sieht ein Blitz so majestätisch aus. Ist dieser majestätische Blitz also nur Show oder steckt wirklich Kraft dahinter? Wie viel Strom steckt darin?

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Die Blitze, die wir täglich sehen, variieren in Größe und Dauer, und auch die in den einzelnen Blitzen enthaltene Elektrizitätsmenge ist sehr unterschiedlich.

Es gibt keine genauen Statistiken darüber, wie viel Elektrizität ein großer und langer Blitz enthält. Im Allgemeinen beträgt die in einem gewöhnlichen Blitz enthaltene Energie etwa 1 Milliarde Joule. Laut 1 kW/h = 3.600.000 Joule entsprechen 1 Milliarde Joule ungefähr 277 kWh Strom. Bei einer durchschnittlichen dreiköpfigen Familie beträgt der monatliche Stromverbrauch etwa 200 kWh, das heißt, ein Blitzschlag kann eine dreiköpfige Familie eineinhalb Monate lang mit Strom versorgen.

Es scheint, dass es nicht zu viel ist. Nehmen wir als Beispiel die Hauptstadt Peking. Die Stadt hat eine ständige Gesamtbevölkerung von etwa 6,68 Millionen Haushalten, mit durchschnittlich etwa 2,45 Personen pro Haushalt. Wir gehen also grob davon aus, dass ein Blitz zwei Haushalte einen Monat lang mit Strom versorgen kann. Daher müssen innerhalb eines Monats 3,34 Millionen Blitze eingefangen werden, um den Strombedarf der Stadt zu decken. Es scheint, dass das Einfangen von Blitzen als Ersatz für die Stromerzeugung unzuverlässig ist.

Allerdings handelt es sich beim obigen Beispiel um einen gewöhnlichen Blitz mit einer Leistung von 1 Milliarde Joule. In der Natur kann die Größe von Blitzen stark variieren.

Am 31. Oktober 2018 wurde in Brasilien der längste Blitz registriert, mit einer Länge von 709 Kilometern von Anfang bis Ende. Am 4. März 2019 wurde im Norden Argentiniens der längste Blitz registriert, der 16,73 Sekunden dauerte. Solche Riesenblitze enthalten in der Regel extrem starke elektrische Ströme und ihre Energie kann sogar mehr als 100.000 Mal höher sein als die eines gewöhnlichen Blitzes. Handelt es sich um einen solchen Blitz, kann ein Blitz den Strombedarf von 200.000 Haushalten decken.

Es ist schade, dass es unmöglich ist, Blitze für den menschlichen Gebrauch zu sammeln. Da Blitze schnell sind und eine hohe Spannung aufweisen, sind sie gefährlicher als jede von Menschenhand erzeugte Elektrizität. Wird ein Mensch oder ein anderes Lebewesen vom Blitz getroffen, ist die Überlebenschance praktisch gleich null. Daher können Blitze nicht eingesammelt werden. Es lässt sich nicht nur nicht einsammeln, wir müssen auch darauf achten, dass es an regnerischen Tagen nicht zu Blitzeinschlägen kommt.