Op 26 juni 2021 was er om 16.00 uur een enorme knal te horen voor de kust van Scheveningen, zie bijvoorbeeld nu.nl. Deze knal werd veroorzaakt door een bijzonder soort bliksem, een positieve bliksem. Op het moment van de knal was iemand toevallig een filmpje aan het maken. Zie eventueel onderstaande filmpje:
Bij een “normale” bliksem is de onderkant van een onweerswolk negatief geladen. Door deze lading worden de elektronen in de aarde onder de wolk enigszins afgestoten, waardoor de aarde plaatselijk een positieve lading krijgt. Er ontstaat dan een elektrisch veld tussen de aarde en de wolk.
a) Leg uit wat de richting van het elektrisch veld tussen de aarde en de wolk is.
De richting van een elektrisch veld is gelijk aan de richting van de elektrische kracht op een positieve lading. Aangezien de wolk negatief geladen is, zal een positief deeltje tussen de wolk en de aarde een kracht in de richting van de wolk ondervinden. Het elektrisch veld staat dus van beneden naar boven gericht.
Als het ladingverschil tussen de aarde en de wolk groot genoeg is, kan er een bliksem ontstaan. Er loopt dan een stroom tussen de aarde en de wolk.
b) Leg uit wat de richting van deze stroom is.
De stroom loopt per definitie van plus naar min. De stroomrichting is dus van de aarde naar de wolk.
Een typische bliksemontlading heeft een stroomsterkte van 20 kA, bij een spanning van 50 MV. De duur van de ontlading is kort, vaak ongeveer 1 ms.
c) Bereken de hoeveelheid energie die gepaard gaat met een bliksemontlading..
$E=Pt=UIt=50\cdot 10^6\cdot 20\cdot 10^3\cdot 1\cdot 10^{-3}=1\cdot 10^9=1~\mathrm{GJ}$
d) Bereken hoeveel liter benzine je moet verbranden om deze hoeveelheid energie te winnen.
Bij de verbranding van 1 liter benzine komt er 33 MJ vrij (Binas 28B of ScienceData 111). Voor 1 GJ heb je dan ongeveer nodig:
$\frac{1\cdot 10^9}{33\cdot 10^6}=3\cdot 10^1~\mathrm{L~benzine}$
e) Klopt dat volgens jou met de algemeen geldende idee dat de bliksem een zeer grote hoeveelheid energie vertegenwoordigd?
Dat komt overeen met een halve tank superbenzine van een gemiddelde auto.
Dat valt dus wel mee! (of tegen?)
In Scheveningen was sprake van een positieve bliksem. Hierbij is er een ontlading tussen de positieve bovenkant van de onweerswolk en de aarde naast de onweersbui.
f) Leg uit wat de richting van de stroom is in dit geval.
Nu is de wolk positief en de aarde negatief. De stroom loopt nu dus van de wolk naar de aarde.
g) Leg uit waarom er meer energie nodig is voor deze ontlading.
De afstand tussen de bovenkant van de wolk en de aarde naast de wolk is groter dan de afstand tussen de onderkant van de wolk en de aarde onder de wolk. Aangezien deze afstand groter is, is er meer energie nodig voor een ontlading.
Uit analyse blijkt dat de stroomsterkte bij Scheveningen gelijk was aan 267 kA.
h) Bereken het aantal elektronen per seconde bij een stroomsterkte van 267 kA.
$n_e=\frac{267\cdot 10^3}{1,602\cdot 10^{-19}}=1.67\cdot 10^{24}~\mathrm{elektronen~per~seconde}$
