Der Mensch und die Elektrizität, eine lange Geschichte

Der Begriff „Elektrizität“ geht auf das griechische Wort „elektron“ zurück, das sich auf Bernstein bezieht, ein fossiles Harz mit elektrostatischen Eigenschaften. Der Begriff „magnetisch“ bezieht sich auf den Stein Magnetit, einen natürlichen Magneten, der seit der Antike verwendet wird. Der Mensch hat schon immer elektrische Phänomene im Zusammenhang mit Blitzen bei Gewittern beobachtet; Elektrizität und Magnetismus wurden schon sehr früh in der Geschichte der Menschheit entdeckt. Der Historiker Herodot schreibt die Vaterschaft der Überlegungen zur statischen Elektrizität und zum Magnetismus dem griechischen Gelehrten Thales von Milet (6. Jahrhundert v. Chr.) zu. Die Theoretisierung des elektrischen Phänomens ist relativ jung und resultiert aus empirischen Anwendungen, die sich die Wissenschaftler in ihrem beobachtbaren Universum vorstellen.

Magnetismus und Elektrizität

In China wurde während der Tang-Dynastie (618-907) die Diskrepanz zwischen dem magnetischen Nordpol und dem geographischen Nordpol entdeckt. Der erste Hinweis auf einen Magnetkompass für die maritime Navigation in einem chinesischen Buch stammt aus dem Jahr 1117. Der Kompass kam im 12. Jahrhundert in den Westen und leitete die Erforschung der Wissenschaft der Magnete, des Magnetismus, ein. Von dem Gelehrten Pierre de Maricourt ist bekannt, dass er 1269 die erste Abhandlung über die Eigenschaften von Magneten geschrieben hat. Die erste arabische Erwähnung eines Kompasses, in Form einer magnetisierten Nadel in einer Wasserschale, stammt von dem jemenitischen Astronomen Al Ashraf aus dem Jahr 1282. Die Wirkung von Blitzen bei Gewitter auf das Verhalten der Kompassnadel (Navigationskompass) wurde von mittelalterlichen Seefahrern aufgezeichnet.

Die Geburt der modernen Elektrizitätslehre im 17. und 18. Jahrhundert

Im Jahr 1600 verglich der englische Wissenschaftler William Gilbert die Erde mit einem großen Magneten und wies auf die Existenz von Nord- und Südpolen hin. Im Zuge seines Studiums der Kompasse assoziierte er die Anziehungskräfte von Magneten und Bernstein: für die anziehende Wirkung des Magneten wählte er den Begriff „magnetisch“ und für Bernstein das Wort „elektrisch“. In Nach 1650 in England zu Zeiten von Isaac Newton, erschien „Elektrizität“ in der Trilogie „Gravitation, Magnetismus, Elektrizität“. 1660 experimentierte der deutsche Wissenschaftler Otto von Guericke mit der Erzeugung von Elektrizität mit einer durch Rotation geriebenen Schwefelkugel: Er bemerkte Funken, die er mit Donnerschlägen verglich.

Im Jahr 1729 führte der britische Wissenschaftler Stephen Gray elektrostatische Experimente durch und kam zu dem Schluss, dass die Beschaffenheit eines Materials bestimmt, ob eine „elektrische Kommunikation“ stattfindet oder nicht. Er behauptete, dass es zwei Kategorien von Körpern, Leiter und Isolatoren gibt; Elektrizität betraf alle Körper, während Leitung die Anziehung als die grundlegende Eigenschaft ersetzt. 1733 beobachtete der französische Chemiker Charles François Du Fay die Anziehung und Abstoßung von elektrifizierten Körpern durch Reibung und unterschied positive von negativer Elektrizität. Im Jahr 1752 stellte der amerikanische Wissenschaftler Benjamin Franklin die Theorie auf, dass Blitze ein durch Elektrizität verursachtes Phänomen sind und erfand den Blitzableiter: Er sollte „die in der Gewitterwolke enthaltene elektrische Flüssigkeit zum Boden ableiten und so verhindern, dass Blitze niedergehen”.

Um 1770 demonstrierte der italienische Arzt und Physiker Luigi Galvani ein neues Phänomen: die Kontraktion der Muskeln eines Tieres (Froschschenkel in Kontakt mit verschiedenen Metallen). Für ihn ist „die tierische Elektrizität eine Elektrizität von anderer Natur als die des Blitzes“; sie ist nicht in Bewegung und befindet sich im Körper. Im Jahr 1799 entwickelte der Physiker Alessandro Volta in Opposition zu Galvanis Arbeit (über Elektrizität tierischen Ursprungs) den ersten Gegenstand, der Elektrizität liefern konnte: die „Volta’sche Säule“, den Vorläufer der elektrischen Batterie. Dazu stapelte er abwechselnd Kupfer- und Zinkscheiben, getrennt durch Filzscheiben, die in einer Salzlösung (Natriumchlorid) getränkt waren, einer leitfähigen Substanz, die man Elektrolyt nennt. Voltas Gerät konnte sofort wieder aufgeladen werden und erzeugte einen stabilen, hochintensiven elektrischen Strom; die Elektrizität, die zuvor statisch war, wurde dynamisch.

Statische Elektrizität fasziniert

Die ersten Forschungen über Elektrizität vor dem Aufkommen des Elektromagnetismus konzentrierten sich auf die elektrische Ladung, die von Objekten getragen wird; dies waren elektrostatische Phänomene. Die ersten konkreten Versuche begannen mit der Erzeugung einer elektrischen Ladung mittels „Reibungsmaschinen“. Shows machten die „Elektrizität“ populär, und es entstand die „amüsante Physik“: Vorführer wurden mit Elektrizität aufgeladen, die in der Lage war, Funken zu erzeugen, Schießpulver zu entzünden, Alkohol anzünden oder den Zuschauern einen kleinen elektrischen Schlag geben konnten.

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Elektrizität in der Medizin

Die „medizinische“ Nutzung der Elektrizität wurde eingeführt: 1748 verwendete der Genfer Physiker Jean Jallabert eine elektrostatische Maschine an einer gelähmten Person; er erzielte eine bemerkenswerte Verbesserung, indem er die elektrische Entladung auf die Muskeln des Arms seines Patienten richtete. Die „therapeutische“ Anwendung der Elektrizität verbreitet sich in England; sie ist bereits 1767 in London dokumentiert, noch vor den Demonstrationen von Luigi Galvani. Jean-Paul Marat (im Juli 1793 von Charlotte Corday ermordet) erhielt im August 1783 den Preis der Akademie von Rouen für seine Arbeit über medizinische Elektrizität (oder Elektrotherapie).

Messungen von Elektrizität und Magnetismus

1785 erklärte der französische Physiker Charles Coulomb vor der Akademie der Wissenschaften das Gesetz, nach dem elektrisch geladene Körper mit der Strommenge und dem geometrischen Abstand wechselwirken. Er entwickelte seine „Coulomb-Waage“, ein Instrument, das es ermöglichte, die Kräfte elektrischer und magnetischer Ladungen genau zu messen; er formulierte damit das Gesetz der Anziehung und Abstoßung elektrischer Ladungen.

Das 19. Jahrhundert war eine Zeit der großen Erfindungen

Im Jahr 1820 entdeckte der französische Physiker André-Marie Ampère den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus: Er wies nach, dass sich zwei leitende Drähte in Spiralen gegenseitig anziehen oder abstoßen, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Dies ist das Prinzip des Elektromagneten, der heute in Motoren und Generatoren verwendet wird; Ampère legte den Grundstein für einen neuen Zweig der Elektrizität, die Elektrodynamik. Zwischen 1831 und 1839 gaben die Arbeiten des britischen Wissenschaftlers Michael Faraday dem Prozess der Elektrolyse, der Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie, eine neue Dimension. Faraday machte viele Entdeckungen, die die Grundlage der modernen Elektrizität bildeten, insbesondere die elektromagnetische Induktion, deren Anwendungen die Basis für die gesamte Elektroindustrie bildeten.

Im Jahr 1859 entwickelte Gaston Planté, ein Präparator am Conservatoire des Arts et Métiers, eine neue Energiequelle, die er „Sekundärzelle“ nannte: Er hatte gerade die erste Batterie der Geschichte erfunden! Die Herstellung der heutigen Blei-Säure-Batterien (Autobatterien) basiert immer noch auf dem Planté’schen Modell. 1871 schuf der belgische Erfinder Zenobe Gramme den ersten großtechnisch nutzbaren Stromgenerator: Angetrieben von einer Dampfmaschine erzeugte er Gleichstrom; mit elektrischem Strom versorgt, erzeugte er mechanische Energie. Der Dynamo war geboren: Er würde mit der Batterie und dem Akkumulator als Stromquelle konkurrieren. Der Einsatz von zuverlässigen Elektromotoren sollte einen echten industriellen Wandel herbeiführen.

Bereits 1813 erfand der britische Erfinder Humphrey Davy die elektrische Bogenlampe. 1879 wurde das Prinzip dann von Thomas Edison bis zur Glühbirne perfektioniert. Er war verantwortlich für die Glühbirne, die aus einem Kohlefaden besteht, der in einer evakuierten Glasblase brennt. 1881 veranstaltete Frankreich die Internationale Elektrizitätsausstellung, die die Geburtsstunde der Elektrotechnik markierte. Die Entwicklung der elektrischen Haushaltsbeleuchtung begann in Paris in den 1890er Jahren mit der Errichtung von Wasserkraftwerken, die Verteilernetze versorgten.

Urhebender Autor: Isabelle Bernier