Entdeckung der Elektrizität
Elektrische Ladung
Luigi Galvani und Alessandro Volta
Magnetismus
Hans Christian Oerstedt
Andre Marie Ampere
Michael Faraday und die Elektrodynamik

Die Entdeckung der Elektrizität

Wahrscheinlich würden wir noch heute dadurch kommunizieren, dass wir Informationen in Form von Briefen physisch hin und her transportieren. Zu Fuß, zu Pferd, mit dem Schiff. Selbst wenn wir die Eisenbahn nehmen oder gar ein Flugzeug, es würde immer noch ein Transport von Nachrichten sein.

Man versuchte zwar Ende des 18. und Anfang des 19. Jahrhunderts Nachrichten über große Strecken zu transportieren in dem man optische Signale von einer Serie von Türmen übertrug, aber diese Art der Nachrichtenvermittlung war teuer und umständlich und eine „Schönwetter Technologie“ die nur Tagsüber bei guter Sicht funktionierte.

Erst eine neue Technologie brachte einen Wandel. Die Elektrizität.

Heute ist eine Welt ohne Elektrizität schwer vorstellbar. Unser komplettes Leben ist mittlerweile bestimmt, wenn nicht gar abhängig durch Elektrizität. Umso erstaunlicher ist es, dass man am Anfang 19. Jahrhunderts von dieser Technologie überhaupt noch nichts ahnte.

Elektrische Erscheinungen gab es natürlich schon immer in Form von Blitzen. Diese waren dem Menschen jedoch so unerklärlich, dass sie nur durch Gottheiten erklärt werden konnten. Götter schleuderten Blitze sowohl bei den Griechen (Zeuss) als auch bei den alten Germanen (Thor).

Die Griechen beschrieben bereits im Altertum noch ein anderes elektrisches Phänomen, welches sie vor allen bei seltenen Steinen beobachteten. Diese Steine stammten von einem Land, wo Barbaren lebten; von der Ostsee. Die Griechen nannte diese Steine „Elektron“. Wir nennen sie heute Bernstein. Wenn man diese Steine mit einem Tuch oder Fell rieb, bekamen sie merkwürdige Eigenschaften. Sie zogen zum Beispiel kleine Teilchen an. Warum sie das taten blieb jedoch rätselhaft.

Die Elektrische Ladung

So vergingen die Jahrhunderte. Die Römer interessierten sich nicht für die Erforschung von Blitzen und die Eigenschaften von Bernstein und auch das Mittelalter brachte keine Fortschritte, weder in Europa noch im Orient, wo die Wissenschaft fortgeschrittener war. Erst die Aufklärung in der Neuzeit führte schließlich dazu das „Göttliche“ zur Erklärung von Ereignissen zu hinterfragen. So beschäftigten sich viele Gelehrte intensiver mit den Eigenschaften von Körpern, allen voran dem Bernstein, von denen die merkwürdige „elektrische“ Kraft ausging. Die Eigenschaft wurde bald „Ladung“ genannt. Man lernte wie man Ladungen verstärken und speichern konnte. 

1733 stellte man fest, dass es zwei Arten von Ladungen gab. Man nannte sie positive und negative Ladung. Positive Ladungen zogen negative Ladungen an, während gleiche Ladungen sich gegenseitig abstießen. 1774 erfand ein holländischer Physiker aus Leiden, Pieter van Musschenbroek eine Vorrichtung um Ladungen zu speichern. Diese frühe Form eines Kondensators nannte man Leidener Flasche.

Allerdings gab es keine Erklärung, woher diese Ladungen kamen und woher die Kraft kam die von ihr ausging. Es konnte auch keinerlei Nutzen gesehen werden. Die elektrischen Phänomene wurden lediglich zur „Belustigung“ des Publikums verwendet. Wer kennt nicht den Effekt, wenn man einen Menschen elektrisch auflädt und die Haare sich gegenseitig abstoßen und zu Berge stehen?

Luigi Galvani und Alessandro Volta

Viele Gelehrte experimentierten mit der Elektrizität. Einer von ihnen der Italiener Luigi Galvani machte 1780 per Zufall eine Entdeckung. Er berührte einen sezierten Frosch mit einem geladenen Draht. Zu seinem großen Erstaunen zuckten die Schenkel des Frosches. Galvani glaubte, dass Tiere über eine eigene Art von Elektrizität verfügten. Daraus entstand eine eigene Forschung, die man Galvanismus nannte. Man machte geradezu makabre Experimente an Lebewesen. Man schreckte sogar nicht davor zurück Menschenköpfe von guillotinierten Opfern zu untersuchen. Tatsächlich konnten hier durch Elektrizität noch Zuckungen von Gesichtsmuskeln erzeugt werden.

Für die Menschen in dieser Zeit war es erschreckend, dass man einen toten Organismus mit Galvanismus quasi zum „Leben“ erwecken konnte. Eine junge Autorin namens Mary Shelley inspirierten die galvanischen Experimente 1818 zu einem Roman, in dem ein Monster aus Leichenteilen geschaffen wird und mittels Elektrizität zu Leben erweckt wird. Den Schöpfer dieses Monsters nannte sie Frankenstein.

Für einen anderen italienischen Forscher namens Alessandro Volta war die „Tierische Elektrizität“ ein Irrtum. Stattdessen postulierte er, dass Elektrizität durch bestimmte chemische Prozesse hervorgerufen wird. Er experimentierte und erfand um 1800 die Voltaische Säule, die erste brauchbare Batterie. Sie erzeugte aus Metallen und bestimmte Flüssigkeiten (Elektrolyten) mit welchen Pappen getränkt wurden eine Stromquelle. Dies war ein gigantischer Fortschritt. Bisher konnte man durch Reibung Ladung erzeugen und in sogenannten Leidner Flaschen „speichern“. Sie wurde jedoch sehr schnell, z.B. durch einen Funken entladen und musste wieder aufgeladen werden. Mit einer Voltaischen Säule konnte man einen Strom von Ladungen erzeugen den man z.B. durch Drähte leiten konnte.

Es gab jedoch eine gewisse Tragik dabei. Diese Säule war praktisch nutzlos. Es gab keinerlei Bedarf für Strom. Kein Motor, keine Glühbirne. Man konnte lediglich kleine Experimente durchführen und Funken erzeugen. Volta hat die Nutzung von Strom nie erlebt und erst nach seinem Tod wurde die Bedeutung seiner Erfindung erst klar.

Magnetismus

Es gab neben der Elektrizität ein weiteres rätselhaftes Phänomen. Bereits in der Antike und im alten China kannte man Eisenerze, welche sich selbst oder Eisen anzogen. Außerdem stellte man fest, dass sich kleine Nadeln dieses Gesteins in Nord-Süd Richtung ausrichteten. Dies war zwar interessant aber ohne großen Nutzen, bis man um das Jahr 1000 begann dieses Phänomen für die Navigation zu nutzen, als Kompass. Dieser verbesserte sich im Laufe der Zeit vom schwimmenden Kompass zum Nadelkompass. Dieses Instrument wurde unerlässlich für die Navigation, welche vor allem im 16. Jahrhundert die Hochseeschifffahrt voranbrachte. 

Ein Magnet war nützlich, aber rätselhaft. Vor allem schien er nichts mit Elektrizität zu tun zu haben.

Hans Christian Oerstedt 

Merkwürdigerweise kennen nur wenige Menschen einen Forscher namens Oerstedt. Viele kennen jedoch Hans Christian Andersen den großen dänischen Märchenerzähler. Dieser war ein enger Freund von Hans Christian Oerstedt. Er war sogar ein Förderer von Andersen und trug dazu bei, dass dieser seine berühmten Märchen veröffentlichte. Somit verdanken wir ihm unter anderen die kleine Meerjungfrau. Aber dies war nicht die wesentliche Tat von ihm. Er war ein Physiker, der am Anfang des 19. Jahrhunderts alle möglichen Themen erforschte und sich auch dem Galvanismus und Elektrostatik verschrieb. Er besaß eine der neuartigen Batterien welche ursprüngliche Volta erfunden hatte und machte damit in seinen Physikvorlesungen Experimente.

Vielleicht war Oerstedt ein wenig „unaufgeräumt“. Tatsache ist, dass bei Vorlesungen von Herrn Oerstedt viele Dinge auf seinem Experimentiertisch standen. Wie es der Zufall wollte, befand sich ein Nadelkompass nahe an dem Draht an dem Oerstedt Experimente mit einem Strom von Ladungen demonstriert. 

Was nun geschah ist in seiner Wirkung vergleichbar mit der Entdeckung von Amerika von Kolumbus. 

Zwei unterschiedliche Disziplinen, Magnetismus und Galvanismus hängen zusammen!

Als Oerstedt einen Strom fließen lässt bewegt sich die Kompassnadel. Ein Zufall? Ist jemand an den Tisch gestoßen? Oerstedt wiederholt das Experiment. Immer wenn er den Strom fließen lässt, schlägt die Nadel aus. Aus heutiger Sicht ist das keine große Sache, aber für einen Gelehrten vom Anfang des 19. Jahrhunderts war das ungeheuerlich. Zwei völlig unterschiedliche Disziplinen, Galvanismus (Elektrizität) und Magnetismus standen in Verbindung zueinander. Oerstedt war sich dieser enormen Entdeckung bewusst. Er schrieb einen vierseitigen Artikel auf Lateinisch und veröffentlichte ihn in ganz Europa. Ein neues Tor für die Elektrizität wurde aufgestoßen. Die Interaktion von Elektrizität und Magnetismus.

Andre-Marie Ampere

Einer der Forscher, der den Artikel von Oerstedt las war sich sofort über die Tragweite dieser Entdeckung im Klaren. Sein Name war Andre-Marie Ampere. Er wiederholte das Experiment mit der Kompassnadel und erkannte, dass die Bewegung der Nadel zum einen von dem stromdurchflossenen Draht herrührte aber auch immer noch von dem Erdmagnetfeld beeinflusst wurde. Als er diesen Einfluss eliminierte konnte er feststellen, dass sich die Magnetnadel immer senkrecht zu dem stromdurchflossenen Leiter ausrichtete. Er nahm an, dass der (Ladungs)Strom ein Magnetfeld erzeugte. Wenn dem so war, sollten stromdurchflossene Leiter auch Kraft auf sich selbst ausüben, so wie Magneten Kraft auf sich selbst ausüben.

Tatsächlich konnte er zeigen, dass stromdurchflossene Drähte sich abstießen, wenn der Strom in unterschiedliche Richtungen floss und dass sie sich anzogen, wenn er in gleicher Richtung floss. Auf jeden Fall war klar, dass Ströme magnetische Kräfte erzeugen konnten. Das war eine Tatsache, die in Zukunft zu vielen Anwendungen führen sollte. Ampere nutzt sie zunächst einmal, um ein Messinstrument zu bauen, dass er Galvanometer nannte. Im Vergleich zu heutigen Instrumenten war es sehr einfach und sehr empfindlich. Es arbeitete mit Magnetnadeln, an welche ein Spiegel befestigt war. Man konnte mit dem Spiegel einen Lichtstrahl bewegen was kleinste Bewegungen der Kompassnadel sichtbar machte. Wenn man nun durch Strom die Kompassnadel auslenkte, konnte man den Strom messen.

Nun besaß man ein Instrument, mit dem man Ströme erforschen konnte bzw welches einen Stromstoß anzeigen konnte.

Michael Faraday und die Elektrodynamik

Nun hatte man die ersten Zusammenhänge zwischen Elektrizität und Magnetismus gefunden. Ein Strom erzeugt ein Magnetfeld. Schnell stellte man fest, dass man dieses Magnetfeld speziell mit Spulen erzeugen konnte und dieses sich durch die Anzahl der Wicklungen der Spule noch verstärken lässt. So schuf man Elektromagnete die man durch den Strom ein und ausschalten konnte. 

Ein englischer Physiker namens Michael Faraday experimentierte 1831 mit solchen Spulen. Er schuf eine Anordnung mit zwei Spulen um eine ringförmigen Eisenkern. Er schickte durch eine Spule Strom und beobachtete die Wirkung auf der anderen Spule durch einen Draht, der zu einer Magnetnadel führte. Nach Oerstedt/Ampere sollte sich die Nadel bewegen, wenn ein Strom floss. Dies Experiment scheiterte insofern, dass wenn dauerhaft Strom durch die eine Spule floss, kein Strom durch die zweite Spule nachweisbar war. Aber jedes Mal, wenn der Strom eingeschaltet oder ausgeschaltet wurde schlug die Kompassnadel aus, und zwar in jeweils unterschiedliche Richtungen. Faraday schloss daraus, dass ein Strom „induziert“ wurde, wenn sich das Magnetfeld im Eisenkern aufbaut oder abbaut oder kurz „sich ändert“. 

Durch die Entdeckung das mechanische Kraft Strom erzeugen kann und umgekehrt Strom eine mechanische Kraft erzeugt begann die Elektrotechnik und damit die zweite industrielle Revolution.

Dies war die Entdeckung der Elektrodynamik, die nun die Welt völlig verändern sollte und am Ende die zweite industrielle Revolution hervorrief. Denn kurz nach diesem initialen Experiment machte Faraday den folgenden Versuch: Er schob einen Stabmagneten in eine Spule und wieder aus der Spule heraus. Auch dies führte zu zwei Stromschüben. Das Revolutionäre an diesem Experiment war, dass man nun durch mechanische Kraft Strom erzeugen konnte. Man hatte eine andere Stromquelle gefunden als die Batterie.