Elektrizität und Natur

Elektrizität ist ein natürliches Phänomen

Nahezu überall finden elektrische und magnetische Vorgänge statt, die irgendwelche biochemische und neurologische Reaktionen in Natur und Organismen verursachen oder beeinflussen.

Zum Verständnis der Elektrizität...

Man kann darüber Bücher schreiben, aber in Kürze:

Spannung entsteht durch Ladungstrennung aus chemischen oder physikalischen Vorgängen. Überbrückt man diese Spannung mit einem elektrisch leitfähigen Material fließen die Ladungsträger:

Der elektrische Strom.

Im Allgemeinen kennt man den Stromfluß im Metall, wenn freie Elektronen (was typischerweise in unedlen Metallen der Fall ist) vom Minuspul zum Pluspol fließen. Die technische Stromrichtung ist aus historischen Gründen von Plus nach Minus, da sich die frühen Wissenschaftler aus Physik und Chemie sich dieses so zusammen gereimt und festgelegt haben noch bevor die Teilchenphysik das widerlegen konnte.

In der Natur kennt man das Gewitterphänomen: Die Ladungstrennung durch die Atmosphäre und Luftbewegungen die die feuchten Luftmassen aufeinander treffen lassen. 80% der Blitze entladen sich zwischen den Wolkenmassen, aber ein Teil dringt zur Erde durch und zwar durch die Luft:

Kein Metall...???

Die nichtmetallische Stromleitung findet über Ionen statt. Das sind Moleküle, die durch chemische oder physikalische Vorgänge Fremdatome erhalten oder eigene verloren haben und daher einen positiven oder negativen Ladungsschwerpunkt haben.

Das kennen wir vom Wasser wie wir es im Alltag erleben... Es leitet Strom...? - Nein eigentlich nicht. Reines Wasser ist nicht leitend. Es sind die gelösten Salze im Wasser das uns umgibt und von dem wir leben.

Weniger bekannt ist, dass auch Menschen und Tiere elektrisch leitfähig sind und dass auch nur dadurch Leben möglich ist:

Wie schon Luigi Galvani im Jahre 1780 an Fröschen zeigte, reagieren Muskeln auf Sromimpulse. Inzwischen weiß man dass unsere Nervenbahnen (die ja keine Metalldrähte sind) durch Ionenabgabe und -aufnahme der Nervenzellen eine elektrische Leitfähigkeit erhalten. Hauptsächlich Magnesium++ und Natrium+ oder Kalium+, der Austausch eines gegen den anderen lässt ein Elektron frei werden, dass wiederum die nächste Zelle zum Austausch anregt. (etwas vereinfacht gesagt)

Der Vergleich mit metallischen Drähten wäre dabei nicht korrekt und dennoch sehen wir Parallelen. Auch die Nervenbahnen sind untereinander "isoliert" mit Myelin, ein Proteingemisch.

Interessanterweise ist diese "Isolierung" mit Myelin auch für eine Beschleunigung der Impulse verantwortlich.

Reines Wasser ist eigentlich nicht leitfähig, kommt aber in der Natur nicht vor! Das Wasser im Sinne der Chemie ist durch Destillatoren gewonnen.

Es gelten folgende Grundsätze:

Jeder Stromdurchflossene Leiter erzeugt ein Magnetfeld
Jede Spannungsführende Leitung erzeugt ein elektrisches Feld
Baut sich ein Magnetfeld ab und wieder auf entsteht ebenfalls ein elektrisches Feld das sich phasenverschoben auf- und abbaut und dabei wieder ein Magnetfeld entstehen lässt. Diese Felder "Wandern" von der Quelle weg und man stellt sich das als eine "Welle" vor (auf diesem Prinzip funktioniert der Rundfunk, denn die Wellen pflanzen sich fort). Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit ergibt die "Wellenlänge" und daher die Unterscheidung zwischen "Lang-", "Mittel-", "Kurz-", "Ultrakurz-" und "Mikrowelle"
Von der Frequenz dieser Schwingungen hängt die Reichweite aber auch die Art der Auswirkungen ab.

Frequenzen...

Magnetfeld...

Eine dichte Menge an magnetischen Kräften im Raum, die typischerweise auf Eisen und einige nichtedle Metalle anziehend wirken und auch eine Polarisation verursachen können.

Elektrisches Feld...

Eine dichte Menge an Anziehungskräften auf elektrische Ladungen, die dann einen Stromfluss entstehen lassen oder falls die Ladungen nicht frei beweglich sind jedoch eine Ausrichtung der Ladungsschwerpunkte bewirken.

Abgesehen von dem Phänomen, dass sich diese ganz verschiedenen Feldarten gegenseitig erzeugen und fortpflanzen sind noch die Frequenzen entscheidend für die Auswirkungen.

Als Frequenz bezeichnet man die Anzahl von Schwingungen pro Sekunde. Die Einheit in Hertz (Hz) nach Heinrich Hertz.

1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde

Die Unterscheidung zwischen Niederfrequenzen (wo man magnetische und elektrische Wechselfelder separat betrachtet) und Hochfrequenzen (wo man beides gemeinsam in Energiedichte ausdrückt) ist sinnvoll:

Einerseits sind ganz verschiedene Messinstrumente notwendig und andererseits sind die die Auswirkungen unterschiedlich intensiv und getrennt zu betrachten.

Strom und Natur...