Ein Blitz tritt auf, wenn sich in einer Wolke eine elektrische Ladung aufbaut, die auf statische Elektrizität zurückzuführen ist, die durch unterkühlte Wassertropfen erzeugt wird, die mit Eiskristallen in der Nähe des Gefrierpunkts kollidieren. Wenn eine ausreichend große Ladung aufgebaut wird, tritt eine große Entladung auf, die als Blitz angesehen werden kann (aus Wikipedia).

Sie benötigen also zwei Dinge, damit ein Blitz auftritt: a Ladungsaufbau an einem Ort und ein Ladungsgradient (Ladungsunterschied, wie zwischen zwei Wolken oder Wolke zur Oberfläche), damit ein Blitz auftritt.

Auf dieser Grundlage besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit eines Ladungsaufbaus und einer Entladung in der Kondensation über den Flügeln. Sie ist zu kurzlebig für einen Ladungsaufbau in sich selbst und die Ladungen über den Flugzeugflügeln werden durch die statische Aufladung abgeleitet Dochte in den Hinterkanten - also auch keine Chance, dass sich die Flügeloberfläche „wolken“.

Reibung erzeugt statische Elektrizität

Grundsätzlich haben Sie Recht: Elektronen werden durch Reibung in der Grenzschicht und anderen Reibungsbereichen von Luft- oder Wasserdampfmolekülen getrennt . Momentan werden zwei Arten statischer Elektrizität erzeugt: Negativ, wenn sich einige abgerissene Elektronen befinden, und Positiv, wenn sich Luftmoleküle mit einem fehlenden Elektron befinden (diese Moleküle werden als "Ionen" bezeichnet, um ihre elektronische Unwucht anzuzeigen).

Ionen werden auf natürliche Weise neutralisiert

Obwohl sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, rekombinieren die Ionen bald mit Ihre getrennten Elektronen hinter dem Flugzeug, die Anzahl der isolierten Ionen oder Elektronen - das "elektrische Potential" - bauen sich zu keinem Zeitpunkt auf, so dass eine Potentialdifferenz zum Boden, einer anderen Masse oder zwischen Ionen und Elektronen ausreicht, um Beachten Sie, dass die Rekombination durch das Wasser in der Luft beschleunigt wird, da Wasser - mit Verunreinigungen - einen besseren Stromleiter als trockene Luft ist. Dies führt zu einer signifikanten elektrostatischen Entladung.

^{Kondensation hilft nicht bei der Erzeugung statischer Ladung in Flugzeugen. Sup>}

Für Blitze sind große Potentialdifferenzen erforderlich.

Die Potentialdifferenz wird gemessen in Volt *. Es sind 3.000 V erforderlich, um einen elektrostatischen Durchschlag für jeden Millimeter trockener Luft auszulösen - die in einer Kfz-Zündkerze verwendete Spannung beträgt etwa das Zehnfache dieses Wertes, um einen guten Funken zu gewährleisten - oder 3 GV pro km.

^{Quelle sup>}

Wenn die Elektronen auf der Flugzeugoberfläche gefangen wären, würde das Potential des Flugzeugs Erreichen Sie den Wert, der erforderlich ist, um einen Blitz mit dem Boden zu erzeugen :-)

Warum passiert ein Blitz mit Wolken, aber nicht mit Flugzeugen?

Die Reibfläche der Flügel ist im Vergleich zur Reibfläche in der riesigen Cumulonimbus-Wolke lächerlich klein. Die erzeugte statische Elektrizität liegt nicht in der gleichen Größenordnung. Das ist ein erster Grund, aber es gibt auch einen signifikanten Unterschied im Verhalten von Ladungen.

Bei natürlichen Blitzen werden die Elektronen und die positiven Ionen durch den heftigen Wind in bestimmten Wolken erzeugt. Im Gegensatz zu dem, was mit einem Flugzeug passiert und aus Gründen, die noch nicht wirklich verstanden sind, werden geladene Teilchen dann physikalisch getrennt : Positive Ionen bewegen sich am oberen Rand der Wolke, während sie negativ sind Ladungen bewegen sich in der Mitte, wo sie sich vorübergehend mit neutralen Molekülen verbinden, um negative Ionen zu bilden.

Eine kleinere Menge positiver Ionen bewegt sich auch am Boden. Dieser positive Wolkenboden bewegt auch negative Ladungen des Bodens an seinem Nadir, was wiederum die Dicke der Luftschicht verringert, durch die er sich bewegen soll, und gleichzeitig den Gradienten des elektrischen Feldes erhöht.

^{Quelle sup>}

Während die Reibung in der Wolke anhält, steigt das elektrische Potential bis zur Potentialdifferenz zwischen dem Der Boden der Wolke und der Boden erreichen die für den Zusammenbruch erforderliche Spannungsschwelle. Die enorme Lawinenabbauwärme erzeugt Plasma, das von Partikeln im Überschuss verwendet wird, um den attraktiven Boden zu verbinden. Dieses Phänomen ist komplex und auch noch nicht vollständig erklärt.

^{*: Das Volt ist das elektrische Potential, das erforderlich ist, um ein Joule Arbeit mit einer Ladung von einem Coulomb zu erzeugen. Weitere Informationen finden Sie auf dieser schönen Seite. Sup>}

Was Sie über den Flügeln sehen, ist Kondensation, aber technisch gesehen keine Wolke.

Wolken hängen aufgrund der verlängerten Sättigung in der Atmosphäre. Kein lokaler momentaner Druckabfall.

Diese Kondensationen lösen sich so schnell auf, wie sie sich bilden. Es bleibt nicht genügend Zeit, um sie aufzuladen.

Kann diese Wolke, die sich über dem Flügel eines Flugzeugs bildet, wie einige andere Arten von "normalen Wolken" Blitzaktivität erzeugen?

Nein. Blitze erfordern große, langlebige Wolken, in denen warme, feuchte Luft aufsteigen, kondensieren und wieder abfallen kann. Diese Art von Struktur kann in einer Wolke nicht existieren, die so klein und vorübergehend wie ein Kondensstreifen ist.

Die Wikipedia-Seite zu Gewittern enthält viele Informationen darüber, was benötigt wird.

TL-DR : Blitze werden nicht durch die Verfügbarkeit freier Elektronen (ein sehr häufiges Vorkommen in der Natur und insbesondere in der Atmosphäre) ermöglicht, sondern durch die Existenz einiger Nicht -elektrische Kraft, die positive und negative Ionen (trotz ihrer elektrostatischen Anziehung) über Skalen trennt, die groß genug sind, um einen großen, plötzlichen Anstieg der Anzahl freier energetischer Elektronen zu bewirken, sobald ein Schwellenwert der elektrischen erreicht ist Feld ist erreicht. Über der Oberfläche eines Metalls existieren keine derartigen Kräfte.

Alle vorherigen Antworten sind korrekt, berühren jedoch im Vorbeigehen (und nicht alle) das Grundvoraussetzung für die Bildung von Blitzen: die Aufrechterhaltung einer großflächigen Ladungstrennung, dh auf der Skala von Kilometern.

Das Ionisieren von Gasen ist relativ einfach, und alle Arten von Kräften können die Verbindungen zwischen den äußersten (und am wenigsten gebundenen) Elektronen von ihren (treffend genannten) Donoratomen trennen. Dies geschieht jedoch ziemlich gleichmäßig über ein durchschnittliches Gas wie die Erdatmosphäre, was bedeutet, dass in jedem gegebenen mikroskopischen Volumen so viele positive wie negative Ionen vorhanden sind. Das sich daraus ergebende elektrische Feld verschwindet nahezu, und das Erreichen des großen elektrischen Feldes, das für eine Blitzentladung erforderlich ist (ungefähr 3 GV pro km, wie durch Minuten hervorgehoben), ist unmöglich.

Beispielsweise neigen elektrische Kräfte auf einem Flugzeugflügel, der ein ausgezeichneter Leiter ist, dazu, die positiven und negativen (= Elektronen) Ionen sehr nahe beieinander zu halten, und kein großes elektrisches Feld wird jemals produziert werden.

Der Schlüssel zur Erklärung des Blitzes liegt darin, dass es andere Kräfte gibt, die dazu neigen, Elektronen und positive Ionen über sehr große Entfernungen auseinander zu ziehen. Dies wurde bereits von min (obwohl ich weniger klar glaube) und von David Rickerby angegeben. Die Tatsache, dass die Natur dieser Kräfte nicht klar verstanden wird, beeinträchtigt nicht die Tatsache, dass dies den Blitz ermöglicht.

Es ist leicht zu verstehen, warum so große elektrische Felder notwendig sind: Ein Elektron, das auf ein neutrales Atom trifft, kann es ionisieren und so ein weiteres Elektron freisetzen, das dann doppelt so viele freie Elektronen erzeugt wie in unserer Ausgangssituation Wir haben nur ein Elektron. Beim Ionisieren eines neutralen Atoms verliert das ursprüngliche Elektron jedoch Energie und kann möglicherweise kein anderes Atom ionisieren, wenn die nächste Kollision auftritt, und / oder es erzeugt ein neues Elektron, das auch nicht über genügend kinetische Energie verfügt, um das nächste zu ionisieren neutral trifft es: also keine Kaskade, also keine Erhöhung der Elektronenzahl, also kein Blitz.

Es sei denn ... das elektrische Feld ist so stark, dass es die Energie des ursprünglichen Elektrons (und natürlich auch seiner neu gebildeten Brüder) mit genügend Energie zwischen den Kollisionen auffüllt auch den nächsten Neutralleiter zu ionisieren. Mit anderen Worten, die Elektronen versorgen sich zwischen den Kollisionen dank des elektrischen Feldes wieder mit Energie, um den Prozess erneut zu starten. Dies erklärt das 3GV pro km: Die Energie, die zur Ionisierung eines lose gebundenen Elektrons erforderlich ist, beträgt ungefähr 3 eV, und der Weg zwischen Kollisionen in der Atmosphäre beträgt ungefähr 0,0001 cm. Dies impliziert, dass ein einzelnes Elektron über einen Kilometer 3GeV erhält (dank des elektrischen Feldes), was einem potenziellen Abfall von 3GV über 1 km entspricht, genau min .

Das Obige erklärt auch die plötzliche Entladung : Wenn das elektrische Feld den obigen Schwellenwert überschreitet, verdoppelt sich die Anzahl der Elektronen bei jeder Kollision: Der typische Luftabstand zwischen Kollisionen beträgt 0,0001 cm , so dass im Verlauf von 1 km, einem guten Wert für die Wolkendicke, ein einzelnes Elektron eine Kaskade von 2 ^ 10 ^ 9 Elektronen erzeugen würde. Diese Zahl ist unrealistisch groß (die Gesamtzahl der erzeugten freien Elektronen ist begrenzt auf die begrenzte verfügbare Energiemenge, ungefähr die eines Kondensators mit einer Größe von 1 km und eines elektrischen Feldes von 3 GV pro km), gibt jedoch eine gute Vorstellung davon, wie plötzlich ein Blitz ist freigegeben. Dies ist in der Tat eine Kaskade, ein plötzlicher Vakuumausfall . Für niedrigere Werte des elektrischen Feldes haben die neu gebildeten Elektronen nicht genügend Energie, um den nächsten Neutralleiter, den sie treffen, zu ionisieren. für größere Werte werden sie, was zu einem plötzlichen Anstieg ihrer Anzahl führt.

Flugzeuge produzieren Blitze? JA. Das elektrische Gewitterfeld wird mit dem Flugzeug multipliziert und kann einen Blitz auslösen.
https://www.scientificamerican.com/article/what-happens-when-lightni/

Wolken, die sich über dem Flügel eines Flugzeugs bilden, erzeugen wie einige andere Arten von "normalen Wolken" Blitzaktivität? NEIN. Die Ladung, die hypotethisch erzeugt werden kann, ist um eine Größenordnung kleiner, wenn sie überhaupt erzeugt wird.