emf-info

Physik – Felder im Alltag

Natürliche elektrische und magnetische Gleichfelder

Erdmagnetfeld

Ursprung des Erdmagnetfeldes. Quelle: wikimedia commons

Es gibt natürlich Gleichfelder. Das bekannteste Beispiel ist das Erdmagnetfeld. Es hat eine Stärke von 30-60 µT. Für Gleichfelder ist das eine sehr geringe Feldstärken. Das Erdmagnetfeld wird durch den anhaltenden "geologischen" Ladungsfluss im Erdinneren verursacht. Man  vermutet, dass die Hitze des  inneren Erdkerns Konvektionsströmungen im flüssigen äusseren Erdkern verursacht. Diese Ströme verlaufen wegen der Korioliskraft spiralförmig und produzieren dadurch das Erdmagnetfeld (Figur).

Elektrisches „Schönwetterfeld“

Sodann gibt es das natürliche elektrische Gleichfeld der Atmosphäre. Seine Feldstärke beträgt um 150 V/m. Auch das ist eine sehr geringe elektrische Feldstärke. Das Feld kommt zu Stande, weil Gewitterwolken Ladungen trennen (Grafik). Im oberen Teil sind Gewitterwolken in der Regel positiv geladen, im unteren Teil negativ. Bei grossen Spannungen zwischen Wolkenunterteil und Erde entstehen Blitze, welche negative Ladungen zur Erde transportieren und so die Ladungstrennung am Laufen halten. Zwischen dem oberen Teil der Wolke und der in ca. 70-80 km Höhe befindlichen elektrisch leitfähigen Schicht (unterste Schicht der Ionosphäre; sog. Ausgleichsschicht) besteht somit ein Potenzialgefälle das einen entsprechenden vertikalen Ladungsstrom bewirkt. Die dadurch entstehenden horizontalen Spannungsdifferenzen in der Ausgleichsschicht werden sehr schnell abgebaut, weil die Schicht elektrisch leitfähig ist. Die weltweit stattfindenden Gewitteraktivitäten halten insgesamt die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgleichsschicht und der Erdoberfläche über die Zeit aufrecht. Das entsprechende (zeitlich und örtlich schwankende aber insgesamt stabile) elektrische Feld nennt man „Schönwetterfeld“.

Es ist noch nicht klar, ob obig Beschreibung die natürlichen Prozesse korrekt wiedergibt. Möglicherweise sind noch weitere Faktoren an der globalen Ladungstrennung beteiligt (etwa Aerosole).

Globale Gewittertätigkeit als Ursache des elektrischen Schönwetterfeldes. Quelle: FSM
comments powered by Disqus