Bliksem

Voorwoord

Veel mensen zijn bang voor bliksem. Dat is niet zo vreemd, want het is een van de meest gevaarlijke natuurverschijnselen op aarde. De temperatuur in een bliksem is hoger dan de temperatuur aan de oppervlakte van de zon, en er ontstaan schokgolven in alle richtingen.

Bliksem is voor veel mensen een mysterie: Hoe werkt bliksem?
Hoe ontstaat bliksem?

Water of een vochtige oppervlakte van de aarde absorbeert de warmte van zonlicht. Door deze warmte verdampt het water. De waterdamp komt in de lucht terecht.
De lucht die zich dicht bij de grond bevindt is warmer dan de lucht hogerop. Warme lucht is lichter dan koude lucht, en stijgt daarom op. Er ontstaat dan een sterke opwaartse stroming van vochtige, warme lucht. Als de warme lucht is opgestegen tot een hoogte van 3 tot wel 10 kilometer koelt de lucht snel af doordat de lucht in de omgeving veel kouder is. Daarbij ontstaan door condensatie weer waterdruppels, en vervolgens kleine ijsdeeltjes. De ijsdeeltjes worden groter en groeien uit tot hagelstenen.
Op deze hagelstenen vriezen meteen weer kleine waterdruppels vast. Dit gaat zo snel dat er kleine ijssplinters van de hagelstenen afspringen, die een positieve elektrische lading hebben. De hagelstenen worden hierdoor tegelijkertijd negatief geladen.
Omdat de ijssplinters licht en klein zijn stijgen ze naar de bovenkant van de wolken, terwijl de grotere en zwaardere hagelstenen naar de onderkant van de wolk zakken. De sterke negatieve lading van de onderkant van de wolk stoot (net als bij magneten) de negatieve deeltjes in het aardoppervlak af, die daardoor dieper in de bodem afdalen. De bovenste laag van de aarde wordt hierdoor positief geladen.
Nu is dus de volgende situatie ontstaan:
• Kleine, positief geladen ijssplinters aan de bovenkant van een wolk.
• Grote, negatief geladen hagelstenen aan de onderkant van een wolk.
• De aarde daaronder, die in verhouding tot de onderkant van de wolk positief geladen is.

Wat gebeurt er tijdens de ontlading?

De natuurwetten schrijven voor dat de positieve en negatieve ladingen elkaar proberen te neutraliseren, en wel door een stroom van de negatieve lading naar de positieve lading te maken.
Zodra het spanningsverschil tussen de negatief geladen onderkant van de wolk en de positief geladen oppervlakte van de aarde groot genoeg is, begint de voorontlading. Dit is niet zichtbaar voor het menselijk oog. De voorontlading loopt van de wolk naar de aarde
Op de aarde ontstaat nu de zogenaamde vangontlading. Die loopt van de aarde omhoog naar de wolk.
Zodra de voorontlading en de vangontlading elkaar raken, is er als het ware een kanaal gevormd waarlangs de hoofdlading kan overspringen. Dat is het moment waarop de echte bliksemflits ontstaat, die zichtbaar èn hoorbaar is.

Wat gebeurt er na de ontlading?

Op het moment van de bliksemflits kun je het licht ervan tot in de wijde omgeving zien. De hoge temperatuur in de bliksemstraal zorgt ervoor dat de lucht in de directe omgeving van de bliksem als het ware explodeert.
De explosie van lucht geeft licht af, en dat is het licht dat wij de bliksemflits noemen. Het geluid dat tegelijkertijd ontstaat, is de donder. De schokgolf van geluid die zich vanuit de bliksem in de omgeving verspreid is zeer sterk. Als mensen praten over bliksem inslag en dat er schade opliep is dat eigenlijk fout. Het komt door de schokgolf niet door de bliksem inslag zelf.

Statistieken over bliksem

Wat is de snelheid van bliksem?
De bliksemstraal beweegt met een snelheid van gemiddeld zestigduizend kilometer per seconde, en is meestal ongeveer 6 kilometer lang. Anders gezegd: de afstand van de wolk naar de grond wordt overbrugd in 1 tienduizendste (0.0001) van een seconde.
Welke andere cijfers?
• Een bliksemstraal is ongeveer 2,5 centimeter in doorsnede.
• De spanning kan oplopen tot honderd miljoen volt.
• De stroomsterkte in de bliksemstraal kan oplopen tot zestigduizend ampère.
• De bliksemstraal duurt over het algemeen niet meer dan 1 seconde.
• In de bliksem worden temperaturen tot maximaal 30.000 graden Celsius bereikt, dat is warmer dan de oppervlakte van de zon.
• De gemiddelde bliksemflits heeft een energie van honderd kWh. De eenheid kWh staat voor kilowattuur. Honderd kWh is gelijk aan de energie die nodig is om honderd lampen van 1.000 Watt gedurende 1 uur te laten branden.

Hoe vaak slaat de bliksem in?
Gemiddeld zijn er in Nederland 100 dagen met onweer. Elk jaar worden in Nederland ongeveer 250.000 bliksemontladingen gemeten, maar dit aantal stijgt elk jaar. Het is niet bekend hoe dat komt. Volgens sommige deskundigen komt deze stijging vooral doordat er meer en beter gemeten wordt. Het aantal bliksems neemt volgens hen niet toe, maar wel het aantal bliksems dat wordt waargenomen.

Wat is een bliksemafleider?

Om gebouwen te beschermen tegen de gevolgen van een blikseminslag, wordt vaak een bliksemafleider geplaatst. Als je goed kijkt kun je ze op hoge gebouwen zoals kerken en flats zien staan. Het zijn meestal metalen staven van ongeveer 1 meter lang en ongeveer 5 centimeter doorsnede. De bliksemafleider wordt via een dikke koperen of aluminium draad verbonden met een metalen raster dat vlakbij in de grond is ingegraven.
Veel mensen denken dat een bliksemafleider bedoeld is om de bliksem aan te trekken. Dat is niet waar. De bliksemafleider is juist bedoeld om, als de bliksem dan toch in een gebouw dreigt in te slaan, een geleider met een zo laag mogelijke weerstand te vormen. Wanneer de bliksem in het gebouw zelf zou inslaan, zou er door de weerstand van bijvoorbeeld het hout en beton van de constructie een enorme hitte ontstaan. Door er voor te zorgen dat er een geleider met een lage weerstand voorhanden is, namelijk de bliksemafleider, kan de stroom naar de aarde afvloeien zonder schade aan te richten.
De bliksemafleider trekt de bliksem dus niet aan, maar zorgt er voor dat de bliksem die toch al zou inslaan, een voorspelbare en dus veilige route naar de aarde kan nemen.

Wat is de beste schuilplaats bij bliksem?

Als je buiten bent terwijl er een onweer ontstaat, zoek dan onmiddellijk een goede schuilplaats. Voorbeelden hiervan zijn gebouwen en auto's.
Als er geen schuilplaats is, ga dan in ieder geval niet onder een boom schuilen. Alhoewel je onder een boom niet (of in ieder geval minder) nat wordt, kan de bliksem in de boom inslaan en daarbij ook de mensen onder de boom verwonden. Hurk met je voeten zo dicht mogelijk bij elkaar en houdt je hoofd zo laag mogelijk.
Ga niet op de grond liggen. Als de bliksem de grond raakt in de buurt waar je ligt, gaat er een elektrische stroom door de bodem die zich vanaf het inslagpunt vandaan in jouw richting beweegt. Als je op de grond ligt kan die stroom ook op je lichaam overspringen.
Waarom is een auto een goede schuilplaats?
Veel mensen denken dat het veilig is om in een auto te schuilen voor bliksem, omdat de auto op rubber banden staat, en omdat rubber geen electriciteit geleidt. Dat is niet waar. In sterke electrische velden (zoals bij blikseminslag) zijn rubber banden zelfs prima geleiders voor electriciteit.
Een auto is veilig in geval van blikseminslag, omdat het metalen frame van een auto werkt als een omhulsel, en omdat de bliksem via het oppervlakte van de buitenkant van de auto naar de grond zal stromen. Een metalen constructie zoals een auto of een ijzeren kooi wordt ook wel een Kooi van Faraday genoemd. Faraday was een wetenschapper die ontdekte dat een metalen omhulsel zoals een kooi (of in moderne tijden een auto) van binnen veilig is bij bijvoorbeeld een blikseminslag.

Hoe ver weg is de bliksem?

Het licht van een bliksem beweegt zich met een snelheid van 300.000 kilometer per seconde. Als je dus op bijvoorbeeld 3 kilometer van een bliksem staat, dan doet het licht van die bliksem er 0.00001 seconde over om je te bereiken.
Het geluid van de donder beweegt veel langzamer, namelijk iets meer dan 300 meter per seconde. Als je dus nog steeds op 3 kilometer van de bliksem staat, dan duurt het 9 seconden voordat het geluid bij je is.
Door het verschil in de snelheid van het licht en de snelheid van het geluid kun je uitrekenen hoe ver de bliksem van je verwijderd is. Het licht is, ongeacht hoe ver je van de bliksem staat, vrijwel direct bij de waarnemer. Het geluid doet over elke kilometer ongeveer drie seconden.
Begin dus langzaam te tellen (gebruik eventueel de secondewijzer van een horloge) op het moment dat je de flits ziet. Stel vast hoeveel seconden het duurt voor je de donder hoort. Deel dit door 3, en dan weet je hoeveel kilometer de bliksem van je verwijderd is.
Het geluid van de donder kan heel ver komen, maar daarbij gaan de hogere tonen, die mensen kunnen horen, het eerst verloren. De lage tonen komen het verste. Veel dieren kunnen die wel horen, en daarom reageren ze al ruim voor de mens op het geluid van een naderend onweer. Ze worden onrustig en weten uit ervaring dat ze vast een schuilplaats moeten gaan zoeken.

Nawoord

Wij hebben dit onderwerp gekozen omdat het ons wel interessant leek, en het heeft natuurlijk ook te maken met licht waar onze Module overgaat. We hebben er veel van geleerd, en vonden het ook leuk om te maken. We hebben er erg ons best op gedaan.

De bronnen die we gebruikt hebben zijn:
Internet: Wikipedia + site’s over het weer
Boeken: M. Uman's - Alles over bliksem.
A. Ganeri - Donder & bliksem en meer over het weer.
Jos Saanen - Bliksem laat diepe sporen na.
Chr. Spakman - Bliksem ontvelt boom.