Kugelblitz

[Hawkwind]

Zitat von Bernhard

Hallo nisus,


läuft Dein Erklärungsversuch nicht auf die Beschreibung des Kugelblitzes als physikalisches Plasma hinaus? Das Problem daran wäre aber, dass man da eben nicht weiß, wo die nötige Energie für die lange Aufrechterhaltung des Plasmas eigentlich herkommen soll. Ohne Energiezufuhr gibt es sofort Rekombinationsprozesse, welche das Plasma in kürzester Zeit zerstören, wie es beim normalen Blitz ja auch stattfindet.

Dass so ein Plasma durch Festkörper einfach so hindurchwandern kann, ist meiner Meinung nach mit der gängigen Physik nicht vereinbar.

Eine neuere Beobachtung aus China hat da eine "profanere" Erklärung für Kugelblitze:

...
Die mit der Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichneten Lichtspektren enthielten charakteristische Spektrallinien, die von bestimmten Atomen herrührten. So ließ sich erkennen, dass der etwa dreißigtausend Grad heiße Blitzkanal ionisierte Stickstoffatome enthielt, die jeweils zwei Elektronen verloren hatten. Im Kugelblitz hingegen leuchteten vor allem ionisierte Atome der Elemente Silizium, Eisen und Kalzium, denen jeweils ein Elektron fehlte. Beim Einschlag des Blitzes in den Boden waren diese Atome verdampft. Offenbar war der Kugelblitz nicht ganz so heiß wie der Blitzkanal. Seine exakte Temperatur konnten die Forscher indes nicht bestimmen.
Der beobachtete Kugelblitz war nach Aussagen der Forscher eine heiße, leuchtende Wolke, die Silizium und andere Atome aus dem Erdreich enthielt. Dies stünde im Einklang mit der Theorie von Abrahamson und Dinniss, die dem Silizium aus dem Erdboden die entscheidende Rolle beim Auftreten des Kugelblitzes zuweist. Ping Yuan und seine Kollegen wollen nun im Labor künstliche Kugelblitze erzeugen, indem sie die in der Natur vorgefundenen Bedingungen nachbilden.

Der komplette Artikel ist hier
http://www.faz.net/aktuell/wissen/ph...-12772519.html

[Bernhard]

Hallo Hawkwind,

Zitat von Hawkwind

Eine neuere Beobachtung aus China hat da eine "profanere" Erklärung für Kugelblitze

das deckt sich mit der Erklärung aus der deutschen Wkipedia . [scherz]Vielleicht sollte man ja im Forum mal ganz oben den Hinweis anpinnen, dass vor dem Eintragen von Beiträgen grundsätzlich zuerst die WP gelesen werden sollte.[/scherz]

[nisus]

Wie erwähnt, ist es mir in vollem Umfang bewusst, daß es einem Plasma - im Sinne ionisierter Gase - nicht möglich ist, Festkörper ungehindert zu durchdringen.
Um den Erklärungen vorzugreifen, weise ich darauf hin, daß es sich bei einem Kugelblitz eher um ein Strahlenbündel handelt.
Der beschriebene Versuch, in dem ich mit Leuchtstoffröhren experimentiert habe soll lediglich aufzeigen, wie ein fließender Strom in sehr kurzen Intervallen unterbrochen werden kann und daß, betrachtet man meinen Erklärungsansatz, auch tatsächlich Plasmen in Selbstinduktion gebracht werden können.
Die von chinesischen Forschern beschriebenen Ergebnisse aus Beobachtungen eines Blitzes, oder besser, die Beobachtungen eines durch einen Blitz hervorgerufenen Effektes, habe ich so auch gelesen nur nicht erwähnt, da Bildmaterielien fehlen, aus denen diese wohl eindeutigen Beobachtungen hervorgingen...
Was daran natürlich interessant ist, daß es eine Vollfarb-Spektren-Emission gibt. Mir ist es daher allerdings nicht begreiflich, wie bei einem Vollfarbspektrum einzelne Spektrallinien identifiziert worden sollen wollen sein.
Betrachte ich zum Beispiel das Spektrum einer Xenon-Lichtbogenlampe, die immerhin 98 % des sichtbaren, elektromagnetischen Spektrums emittiert, sind darin natürlich auch Wellenlängen enthalten, die mit elementspezifischen Spektrallinien übereinstimmen.
Da Augenzeugenberichte zu Kugelblitzen in einigen Punkten übereinstimmen, so auch in der beachtlichen Zeitspanne der Existenz dieses Phänomens von mehren Sekunden, ist die Frage sicher berechtigt und grundbezogen, wie die Energie innerhalb der Kugel solange gespeichert bleiben / sein kann.
Es handelt sich eben nicht um ein Plasma.
Plasmen strahlen ihre beaufschlagte Energie in die Umgebung ab. Damit sind sie für menschliche Wahrnehmung sehr heiß. Bei Augenzeugenberichten wird nun eben nicht von bemerkbaren Temperaturen gesprochen. Auch soll Regen einfach durch die Leuchterscheinung ungehindert hindurchfallen können, was bei einem derart heißen Plasme nicht der Fall sein würde.
Von welchen Energiemengen innerhalb eines Kugelblitzes überhaupt die Rede sein kann, verlangt nach einer mathematischen Darstellung, welche Zusammenhänge Energie innerhalb einer Kugel speichern können, wobei hierin das "wie" vorerst nicht entscheidend ist, obwohl ich dazu schon einen Lösungsansatz geliefert habe, der auch weiter verfolgt wird.
Um einen mathematischen Rahmen zu schaffen, betrachte ich zuvor, daß nirgends eine Erwähnung aus Augenzeugenberichten abgeleitet werden kann, die vermuten ließe, Kugelblitze könnten kleiner sein, als es Orangen groß sind. Also muss die Erscheinung eines Kugelblitzes eine Mindestgröße aufweisen. Berichte von Handball- oder gar Fußballgröße hingegen existieren wohl.
Darin finde ich meinen ersten Ansatz zur Energieabschätzung.
Mathematisch ist es so, daß eine Energiedichte mit " J / m^3 " überführt werden kann in " N / m^2 " , ohne dabei den Zahlenmäßigen Betrag des Wertes zu ändern. Damit stehen Energiedichte und Lichtdruck in direktem zusammenhang.
Daraus lässt sich ableiten, daß eine energiegeladene Kugel für einen Zeitintervall nur deshalb existieren kann, weil durch deren Oberfläche weniger Energie abgestrahlt werden kann, als in dem Volumen der Kugel gespeichert ist. Damit muss Zeit vergehen, bis dieses Verhältnis ausgeglichen ist.
Wie in meinem Ansatz zur Beschreibung der Beschaffenheit eines Kugelblitzes dargestellten Zusammenhangs, ist die sichtbare Erscheinung des Kugelblitzes nur ein Nebeneffekt der Energiespeicherung. Gewissermaßen als Residualerscheinung zu verstehen. Wie auch zum Beispiel bei der Entstehung von Röntgenstrahlen in einer Röhre. Darin verursachen die in eine Metalloberfläche eindringenden Elektronen die Emission eines Photons, dessen Wellenlänge der Röntgenstrahlung entspricht. Dabe liegt ein Wirkungsgrad von etwa 1 % vor , bezogen auf die eingebrachte, elektrische Energie.
Es wird also lediglich 1 % der Energie in Form von Röntgenstrahlung emittiert !
Ebenso auch bei einem Kugelblitz. Da es sich bei dem ausgesandten Licht um einen Nebeneffekt der inneren Gegebenheiten handelt, kann darüber zwar eine Abschätzung der beinhalteten Energiemenge abgeleitet werden, aber die tatsächliche Erscheinung des Kugelblitzes verliert über das ausgesandte Licht sehr geringe Energiemengen und kann so längere Zeit bestehen.

[sanftwasser]

Ich finde Deine Argumentation sehr vernünftig. Gefällt mir.
Es könnte für äußerlich ähnliche Phänomene ja unterschiedliche inhaltliche Voraussetzungen geben. Vielleicht gelingt es, ein Auge in Deine Versuchsanordnung einzuschleusen?
(Zu WP gibt es eine interessante Notiz: http://www.sueddeutsche.de/digital/w...uper-1.2784114 )

[Hawkwind]

Nur mal blöd gefragt: gehen deine Erklärungsversuche etwa in die Richtung, die diese Autoren vorschlagen:

JJ Lowke - Journal of Physics D: Applied Physics, 1996 - iopscience.iop.org
"A theory of ball lightning as an electric discharge"
http://fulviofrisone.com/attachments...243/d60518.pdf

... schon erstaunlich, wie wenig man wirklich weiss über dieses Phänomen.

[nisus]

Der Link zu dem Artikel des Hr. J. J. Lowke ist eine gute Bereicherung meiner Vorstellungen. Daraus sind Augenzeugenberichte zu entnehmen, die ich bisher nicht kannte, aber deren Informationsgehalt durchaus bedeutsam ist.
Die in dem Artikel dargestellte Annahme, der Kugelblitz folge einer Spur elektrostatischer Felder auf der Erdoberfläche, entspricht auch meinen Ansichten, nur in umgekehrter Weise. Was den fachlichen Inhalt anbelangt, auf Werte und Daten bezogen, stellt dieser Artikel ebenso eine interessante Quelle dar.
An der Stelle allerdings, an welcher davon gesprochen wird, der Kugelblitz würde aus dem elektrostatischen Feld auf der Erdoberfläche über die Raumladungsdichte energetisch gespeist werden, unterscheidet sich diese Annahme von meiner. Auch, daß es lediglich eine Glimmentladung sei, würde ich in diesem Zusammenhang nicht vermuten.
Da der Artikel sich auf Kugelblitze bezieht, die im wesentlichen nach Einschlägen von Linearblitzen auftraten, ist darin auch ein weiterer Unterschied zu meiner Betrachtungsweise, weil ich das Phänomen als Einzelobjekt betrachte, welches seine enthaltene Energie erst beim Abklingen im vollen Umfang frei gibt. Demnach verlange ich zwar nach einem genügend starken, elektrostatischen Feld, jedoch nicht nach einem schon auftretenden Blitz als Auslöser der Erscheinung.
Die aus dem Artikel zu vermutende Häufigkeit, mit der dieser Effekt eines Kugelblitzes auftreten könnte, liegt höher, als es durch meine Deutung zu erwarten wäre. Wenn ich Unrecht behalte, liegt die Wahrscheinlichkeit, daß ein Kugelblitz auf diese von mir angenommene Weise entstünde,
gar bei "Null" ...
Meiner Ansicht nach enthält ein Kugelblitz den selben Betrag an Energiemenge, wie es in einem Linearblitz der Fall ist. Weiter behaupte ich auch noch, worauf ich auch noch eingehen werde, daß ein Kugelblitz auch im Vakuum stabil existieren kann. Darauf stützt sich ein Teil meiner experimentellen Herangehensweise, diesen Effekt im Labormaßstab nachbilden zu können.
Im Zusammenhang mit dem verlinkten Artikel bin ich auf eine Deutung gestoßen, die es ausschließt, innerhalb eines Linearblitzes würden Fusionsprozesse ablaufen können, weil die Ausschüttung von Neutronen zwar auf Kernprozesse zurückführbar sei, aber nur darauf begründet, daß hochenergetische Photonen aus Stickstoffatomen eben diese Neutronen herausschlagen und so eine Kernumwandlung zu Kohlenstoff stattfinde, die über Betazefallsprozesse angezeigt werde.
Da Kugelblitze nun sehr seltene Erscheinungen sind, wahrscheinlich von allen Blitzformationen die seltenste überhaupt, sind auch die zur Entstehung herrschenden Bedingungen entsprechend selten.
Wenn ich nun davon ausgehe, ein Kugelblitz sei eine spezielle Form der Selbstinduktion, bedingt diese Annahme im folgenden den Punkt, wie ich es vormals schon angedeutet habe, daß diese Erscheinung eben rein aus Elektronen besteht. Damit ist es ausgeschlossen, daß darin ionisierte Atome die Lichtemission bedingen.
Für meine experimentellen Erkundungen dieser These, bin ich vorerst noch auf Niederdruck-Gasentladungsröhren angewiesen, wie auch eine Leuchtstoffröhre mit in diese Gruppe zählt.
Um die Betrachtung des Energiegehaltes mathematisch darzustellen, war mein erster Ansatz ja darüber, das eine Mindestgröße der Erscheinung vorliege.
Zur weiteren Betrachtung sehe ich es von Bedeutung, daß Kugelblitze zwar farblich das gesamte sichtbare Spektrum einnehmen können, dies aber nicht in jedem Moment tun. Damit meine ich, sie sind variabel monochromatisch.
Zur Darstellung meiner Ansicht, beziehe ich mich im Weiteren auf ein imaginäres, konkretes Beispiel.
Zuvor allerdings möchte ich aufzeigen, woran ich die Mindestgröße eines Kugelblitzes anknüpfe.
Da zu betrachten gilt, Energiedichte und Strahlungsdruck stehen in direktem Zusammenhang, ergibt sich im Falle einer Kugel die Bezihung zwischen Volumen und Oberfläche. Um zeitlich stabil eine Erscheinung zu erzeugen, die aus dem Verhältnis von enthaltener zu abgestrahlter Energie hervorgeht, muss das Verhälnis zwischen Volumen und Oberfläche so gestaltet sein, daß betragsmäßig ein größerer Wert Energie enthalten ist, als die Oberfläche der Kugel in der Lage ist, bei dieser Energiedichte abzustrahlen. Dieses Verhältnis tritt mathematisch bei allen Kugelradien auf, die für die Kugeloberfläche einen kleineren Wert ergeben, als für das Volumen, wenn die Werte betragsmäßig verglichen werden. Damit verlangt die Betrachtung nach der Gleichsetzung der Formeln von Volumen und Oberfläche einer Kugel.
Für den Betrag aus dieser Gleichsetzung von :

Ao = 4 * pi * r^2
und
V = 4 / 3 * pi * r^3

ergibt sich

Ao = V mit |36pi|

Daraus lässt sich nun berechnen, wie groß ein Radius sein muss, um im Betrag für Oberfläche und Volumen gleiche Werte zu erhalten.
|36pi| ~ 113,09
Im Falle einer Kugel ist daraus folgend der Radius für diese Bedingung zu berechnen.
Ausgehend vom Volumen, berechnet sich der Radius einer kugel zu

r = (( 3 * V ) / (4 * pi ))^(1 / 2 ) [ V = |36pi| * cm^3 ]

Damit steht für einen Radius ab 3 cm die gestellte Bedingung.
Verglichen mit den Augenzeugenberichten ist dieser Radius annehmbar deckungsgleich mit dem Radius einer Orange.
Der imaginäre Kugelblitz besitz für mein Beispiel also
einen Durchmesser von 6 cm .
Da das gesamte sichtbare elektromagnetische Spektrum in der Farbwiedergabe bereit steht, ist die Farbe frei wählbar. Allerdings gilt definitiv der Zusammenhang, daß mit kleinerer Wellenlänge der emittierten Photonen auch eine größere Energiedichte einhergeht. Also ist ein blau / grüner Kugelblitz höher energetisch, als ein orange / gelber oder ein roter.
Für mein beispiel nehme ich die Farbe "grün"
mit einer Wellenlänge von l = 570 e-9 m ,
was einer Frequenz von f = 5,3 e14 Hz entspricht.
Zur Berechnung der Energie eines einzelnen Photons verwende ich den gerundeten Wert für
das Planck`sche Wirkungsquantum von h = 6,626 e-34 J * s^-1
Da E = h * f , ergibt sich für ein einzelnes, grünes Photon der Beispielrechnung ein Energiegehalt von gerundet Eg = 3,512 e-19 J
Um nun mit diesem Wert für die Energie eines Photons, auf den Energiegehalt innerhalb der Kugel schließen zu können, betrachte ich, daß der Radius der Kugel mit r = 0,03 m in seiner Distanz aus Photonen gebildet sein muss.
Daraus erbibt sich eine Menge von r / l = 52.632 Photonen
Diesen Wert betrachte ich nun als Radius der Kugel und setze ihn in die Formel zur Volumenberechnung einer Kugel ein,
was zum Ergebnis von M = 6,1 e14 Photonen
innerhalb einer Kugel mit r = 3 cm führt.
Diese Menge an Photonen bildet in Verbindung mit der Einzelenergie eines Photons die Gesamtenergie von Ep = M * Eg zu
Ep = 2,14 e-4 J
Da diese Energie nun aber lediglich der Energiemenge entspricht, die innerhalb des Zeitintevalls, einer einzelnen Periode der Frequenz des emittierten Lichts, ausgesendet wird, muss diese Energiemenge noch auf die Zeit bezogen werden. Eine einzelne Periode besitzt die Periodendauer von t = 1 / f
womit die Zeit zu t = 1,75 e-17 s für eine Periode anzugeben ist.
Damit lässt sich für einen beispielbezogenen Kugelblitz
eine Leistung von P = Ep / t
zu 1,22 e13 Watt berechnen.
Das ist natürlich ein gigantischer Wert.
Wenn ich allerdings davon ausgehe, das zur Erzeugung eines Kugelblitzes ähnliche Energiemengen zur Verfügung stehen, wie ein Linearblitz in der Lage ist frei zu setzen, was sich laut google auf etwa 1,21 Giga-Watt beläuft und der Blitz innerhalb von 0,01 Sekunden vorüber ist, kann davon ausgegangen werden, daß der Kugelblitz auch innerhalb dieser Zeitspanne entsteht.
Aus meiner Sicht ist es so, daß ein Kugelblitz keiner weiteren äußeren Energiezufuhr bedarf. Da also die Leistung des Kugelblitzes auf die Zeitspanne von einer Sekunde bezogen ist, aber die Auslösung lediglich 0,01 Sekunden beträgt, kann dem Kugelblitz nur die Energiemenge zugführt werden, die zu einer Leistung von 1,22 e11 Watt führt. Mit der angenomenen Emission von Photonen mit einem Wirkungsgrad
von 1 % bezogen auf die eingebrachte, elektrische Energie ( in Anlehnung an den Wirkungsgrad einer Röntgenröhre ),
verbleibt eben angenähert die Leistung von 1,22 e9 Watt für einen Kugelblitz. Daher gehe ich eben davon aus, das ein Kugelblitz die gleiche Energiemenge beinhaltet und speichert, wie ein Linearblitz in Millisekunden frei werden lässt. Durch die innere Beschafffenheit des Kugelblitzes wird diese Energie über einen längeren Zeitraum abgegeben.
Damit führe ich die Augenzeugenberichte aus dem verlinkten Artikel
von Hr. J. J. Lowke, wonach unterhalb des Kugelblitzes Koronaentladungen auf dem Erdboden beobachtet wurden, darauf zurück, daß dies ein Effekt ist, der den Potentialausgleich des Kugelblitzes bedingt. Nicht, daß die Koronaentladungen den Kugelblitz speisen und lenken, sondern, daß diese Koronaentladungen durch den Kugelblitz erst erzeugt werden und so der Weg des Kugelblitzes zu einem Potential führt, welches ihn zum Abreagieren in Ausgleich bringt, weil dort das entsprechend positive Potential besteht, welches der beinhalteten Ladungsmenge des Kugelblitzes entspricht.

soweit ersteinmal.

[Bernhard]

Zitat von nisus

Demnach verlange ich zwar nach einem genügend starken, elektrostatischen Feld, jedoch nicht nach einem schon auftretenden Blitz als Auslöser der Erscheinung.

Ist das ein äußeres Feld oder als Bestandteil des Kugelblitzes gedacht?