Die Erde ist eine große Batterie. Wie viele herkömmliche Mignonzellen wären in etwa nötig, um auf ihre mittlere Ladung zu kommen?

a) 100
b) 100 000
c) 100 Millionen
d) 100 Milliarden
e) 100 Billionen

Antwort:

Die mittlere Ladung der Erde beträgt in etwa 600 Kilocoulomb - das entspricht lediglich etwa 100 herkömmlichen Batterien.

Erklärung:

Selbst bei schönem Wetter ist in der Erdatmosphäre ein elektrisches Feld zwischen positiv geladener Ionosphäre und negativ geladenem Erdboden zu messen. Die mittlere Feldstärke beträgt in einigen Metern über dem Erdboden etwa 130 Volt pro Meter – schwankt zeitlich und räumlich jedoch stark. Aus diesem Wert kann man mit Hilfe des Coulomb-Gesetzes die Ladung der Erdkugel berechnen:

F = q1·q2/(4πε0r2)

Wobei ε0 = 8,854·10-12 C/(Vm) die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist.

Für die Feldstärke E gilt:

E = F/q

Damit ergibt sich die Ladung der Erde qErde zu:

qErde = 4πε0r2E ≈ 6·105 C

Die Kapazität einer Mignon-Batterie oder eines Akkus liegt in der Regel zwischen einer und drei Amperestunden (Ah), wobei gilt:

1 Ah = 3,6·103 As = 3,6·103 C

Damit liegt die Ladung des Erdakkus also zwischen 56 und 167 Mignonbatterien – oder grob in der Größenordnung von 100 Stück.

Da die positiven Ladungsträger in der Atmosphäre im elektrischen Feld beschleunigt werden, fließt permanent ein Strom von 1000 Ampere Richtung Erde. Angesichts der großen Oberfläche führt das jedoch lediglich zu einer Stromdichte von etwa 2·10-12 Ampere pro Quadratmeter. Nichtsdestotrotz, würde der Erdakku nicht permanent aufgeladen werden, dann wäre er binnen zehn Minuten entladen. Aufgeladen wird die Erdoberfläche vor allem durch Gewitter, die ständig irgendwo auf der Erde toben und mit ihren Blitzen für Nachschub an negativer Ladung sorgen. Die Ionen in hohen Atmosphärenschichten entstehen vor allem durch Ionisationsprozesse, die durch das UV-Licht der Sonne bewirkt werden.

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