5 interessante Fakten über Elektrizität | Blitze, Edison, Drift, Supraleiter, Radioisotope

1. Blitze töten nur 10 % der getroffenen Menschen
2. Edison kannte das Ohmsche Gesetz nicht
3. Elektrizität in einem Leiter erreicht nicht einmal 1 mm/s
4. Supraleiter verdrängen Magnetfelder aus ihrer Masse
5. Halbleiter in LCD-Displays sind instabile radioaktive Isotope

Blitze töten nur 10 % der getroffenen Menschen

Seit Anbeginn der Menschheit sind Blitze von Mystik umhüllt. Es ist die erste Erscheinungsform von Elektrizität, mit der Menschen in Kontakt kamen. Manchmal passiert es, dass ein Blitz auch einen Menschen trifft. Laut dem Zentrum für Krankheitskontrolle und -prävention (CDC) überleben fast 90 % der Betroffenen den Einschlag. Ein faszinierendes, aber auch erschütterndes Erlebnis, das von Temperaturen bis zu 30.000 °C begleitet wird – und oft bleibt der Getroffene ein Leben lang gezeichnet. Eine extreme Form ist der sogenannte positive Blitz, der zu Beginn oder am Ende eines Gewitters auftritt – manchmal schlägt er sogar aus heiterem Himmel bis zu 15 km vom Gewitter entfernt ein. Er erzeugt Spannungen von bis zu einer Milliarde Volt und kann für eine Sekunde so viel Energie freisetzen, wie ein typisches Kernkraftwerk in 10 Minuten produziert (300 TW). In der Vergangenheit haben wir uns bereits mit dem Thema Überspannungsschutz beschäftigt. Wenn Sie für alles gewappnet sein möchten, schauen Sie sich unbedingt unser Angebot an Überspannungsschutzgeräten an.

Edison kannte das Ohmsche Gesetz nicht

Thomas Alva Edison war ein Autodidakt. Er hatte keine formale Ausbildung, aber eine angeborene Intelligenz. Seine Erfindungen entwickelte er meist durch Versuch und Irrtum. Beim Entwickeln der kommerziell nutzbaren Glühbirne verließ er sich nicht auf Theorie – stattdessen testete er über 1000 verschiedene Materialien für den Glühfaden, bevor er das richtige – Wolfram – fand. Als Journalisten ihn später fragten, wie er beim Entwickeln der Glühbirne das Ohmsche Gesetz eingesetzt habe, sagte er: „Ohmsches Gesetz? Ich habe keine Zeit für Theorien, ich brauche Ergebnisse.“ Man muss verstehen, dass das Ohmsche Gesetz (U (V) = R (Ω)· I (A)) damals etwas Revolutionäres war. Eine einfache Formel, die die Funktionsweise eines elektrischen Stromkreises erklärte – sie wirkte ähnlich bahnbrechend wie heute E=mc².

Elektrizität in einem Leiter erreicht nicht einmal 1 mm/s

Wenn wir einen elektrischen Stromkreis mit einer Gesamtlänge von 10 Metern aufbauen, wie schnell gelangen dann die Elektronen von der Batterie über die Glühbirne wieder zurück zur Batterie auf der anderen Seite? Die Antwort wird Sie überraschen: Es dauert buchstäblich den ganzen Tag (genauer gesagt etwa 27 Stunden). Der elektrische Strom breitet sich nämlich als elektrisches Feld aus. Es ist vergleichbar mit einer Welle auf der Wasseroberfläche eines Teichs – obwohl das Wasser sich kaum bewegt, reist die Energie in der Welle viel schneller. Diese Bewegung wird als Driftgeschwindigkeit bezeichnet. Die Geschwindigkeit des Elektronenflusses im Leiter ist in der Elektronik jedoch kaum von praktischer Bedeutung.

Supraleiter verdrängen Magnetfelder aus ihrer Masse

Ein Supraleiter kann unter bestimmten Bedingungen nahezu jedes Material sein. Entscheidend ist, dass die Elektronen in diesem Material aufhören, sich chaotisch zu bewegen, und sich stattdessen in einer Ebene anordnen und „aneinander festhalten“. So entstehen sogenannte Cooper-Paare. Dieser Zustand tritt in der Regel bei sehr niedrigen Temperaturen auf – bei den meisten Elementen nahe dem absoluten Nullpunkt. Einige Materialien zeigen jedoch auch bei höheren Temperaturen supraleitende Eigenschaften. Supraleitung bedeutet, dass ein Leiter keinen elektrischen Widerstand hat. Elektrizität geht nicht verloren, wandelt sich nicht in Wärme um und erzeugt ein sehr starkes Magnetfeld. Dieses Feld bleibt jedoch nicht im Inneren des Leiters. Aufgrund des sogenannten Meißner-Effekts wird das Magnetfeld aus dem Inneren in den Raum hinausgedrängt. Obwohl die genaue Ursache dieses Effekts nicht vollständig verstanden ist, wird er bereits in der Maglev-Technologie genutzt – er ermöglicht das Schweben auf einem Magnetkissen, auf dem einige Hochgeschwindigkeitszüge fahren.

Halbleiter in LCD-Displays sind instabile radioaktive Isotope

Die Welt der Elektrotechnik nutzt viele außergewöhnliche Materialien. Die wichtigsten darunter sind Halbleiter. In LCD-Displays mit IGZO-Technologie kommt ein besonderes Material zum Einsatz. Indium-Gallium-Zink-Oxid ist der hochwertigste Halbleiter für Displays, da er vollkommen transparent ist – zum Beispiel in iPhone-Displays. Das Element Indium⚛️ ist jedoch zu 95 % ein instabiles radioaktives Isotop ☢️. Es handelt sich um das Isotop In-115 mit Beta-Zerfall. Beim Zerfall entsteht unter anderem auch Zinn. Doch warum schlägt niemand Alarm? Dieses Isotop hat nämlich die längste Halbwertszeit aller bekannten gebräuchlichen Materialien. Die Halbwertszeit von In-115 beträgt 441 Billionen Jahre – das ist viel länger als das derzeitige Alter des Universums. Der Zerfall verläuft also so langsam, dass er uns nicht gefährden kann. Interessant ist auch, dass Indium nirgendwo auf der Erde gezielt abgebaut wird. Es ist etwa so selten wie Silber, kommt jedoch immer nur als Beimischung anderer Erze vor. Es wird daher aus metallurgischen Abfällen gewonnen.