Faraday und Elektromagnetismus

Im Jahr 1791 entdeckte der italienische Anatom Luigi Galvani (1737-98) zufällig, dass sich die Muskeln eines sezierten Frosches zusammenziehen, wenn sie gleichzeitig mit Messing- und Eisensonden berührt werden. Der italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) führte diesen Effekt auf den Kontakt zweier unterschiedlicher Metalle zurück.

Im Jahr 1800 kündigte Volta in einem Brief an den Präsidenten der Royal Society, Joseph Banks (1743-1820), die Entwicklung eines Geräts an, das Gleichstrom erzeugen konnte. Dies war das sogenannte Ein „Volta-Pol“, bestehend aus abwechselnden Zink- und Kupferscheiben, getrennt durch in Salzwasser getränkte Pappteiler.

Wissenschaftler erkannten sofort die Bedeutung dieser Erfindung. Bald darauf entwickelte der Engländer Humphrey Davy (1778-1829) eine leistungsstärkere „Säule“, eine sogenannte galvanische Batterie, die es ihm erstmals ermöglichte, eine Reihe chemischer Elemente zu isolieren: Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Strontium und Barium. Im Jahr 1813 nahm Davy einen jungen Mann namens Michael Faraday als Assistenten an der Royal Institution auf.

Faraday wurde am 22. September 1791 in Newington, Surrey, als Sohn eines armen Schmieds geboren.Es gelang ihm nur, eine Grundschulausbildung zu absolvieren, und im Alter von 14 Jahren ging er bei einem der Londoner Buchbinder in die Lehre. Der Beruf eines Buchbinders gab dem jungen Mann die Möglichkeit, Bücher zu lesen, die durch seine Hände gingen. Faraday war besonders beeindruckt von dem Artikel über Elektrizität in der Encyclopedia Britannica. 1810 trat er der Philosophischen Gesellschaft der Stadt bei, die ihm die Möglichkeit gab, Vorlesungen zu hören und Experimente durchzuführen.

Als seine Lehre 1812 endete, gab Faraday seine Karriere als Buchbinder auf. Davy, der infolge einer Explosion im Labor vorübergehend blind war, machte ihn zu seinem Assistenten. 1813-15 Davy nahm ihn mit auf eine Reise nach Frankreich und Italien, wo sie viele bedeutende Wissenschaftler trafen, darunter Volta und Ampère.

Elektrizität und Magnetismus

Im Jahr 1820 entdeckte der dänische Physiker Hans Oersted (1777-1851), dass ein durch einen Draht fließender elektrischer Strom eine Kompassnadel ablenkte. Diese Entdeckung erregte großes Interesse, und bald machte sich Andre Ampere (1775-1836) in Paris daran, eine grundlegende Theorie des Elektromagnetismus zu entwickeln, als er die Demonstration dieses von seinem Landsmann François Arago (1786-1853) durchgeführten Experiments sah.

Ampere fand heraus, dass Drähte, die Ströme in die gleiche Richtung führen, sich anziehen, Drähte, die entgegengesetzte Ströme führen, sich abstoßen und eine Drahtspule, durch die Strom fließt (er nennt sie einen Magneten), sich wie ein Magnet verhält. Er schlug auch vor, die Ablenkung einer nahegelegenen Magnetnadel zu nutzen, um die Stärke des Stroms zu messen – eine Idee, die bald zur Erfindung des Galvanometers führte.

Damals äußerte Faraday die Idee, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter geschlossene Kraftlinien bilden. Im Oktober 1821Er entwickelt ein Gerät, das die Drehung eines Magneten um einen stromdurchflossenen Draht oder eines Drahtes um einen stationären Magneten demonstriert. Dies war die erste Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie.

Derzeitige Generation
Ohne die chemische Forschung aufzugeben, fand Faraday heraus, wie mithilfe eines Magnetfelds ein elektrischer Strom erzeugt werden kann. Diese Entdeckung machte er im August 1831 fast zufällig.

Um den Zusammenhang zwischen einem Magnetfeld und einem elektrischen Strom herauszufinden, wickelte er zwei Spulen um einen Eisenstab, schloss dann eine davon an eine Batterie an, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und schloss die andere durch ein Galvanometer. Während Strom floss In der ersten Spule passierte nichts, aber Faraday bemerkte, dass die Nadel des Galvanometers in dem Moment zuckte, in dem der Strom in der ersten Spule erschien oder verschwand. Er kam zu dem Schluss, dass der Strom eine Änderung des Magnetfelds verursacht.

Im Jahr 1824 bemerkte Arago, dass die Drehung der Kupferscheibe die darüber befindliche Kompassnadel auslenkte. Der Grund für diesen Effekt war nicht bekannt. Faraday glaubte, dass die Rotation der Scheibe in einem Magnetfeld dazu führte, dass in ihr ein elektrischer Strom erzeugt wurde, der wiederum ein Magnetfeld erzeugte, das die Nadel ablenkte.

Im Oktober 1831 konstruierte er ein ähnliches Gerät, bei dem eine Kupferscheibe zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten rotierte.

Die Mitte und der Rand der Scheibe waren mit einem Galvanometer verbunden, das den Gleichstromfluss anzeigte. Drei Monate nach dieser Entdeckung erfand Faraday einen Transformator und einen elektrischen Generator, dessen Design sich bis heute nicht grundlegend geändert hat.

Gesetze der Elektrolyse

Faraday konnte sein Wissen über Elektrizität auf die Chemie anwenden, indem er die Grundgesetze der Elektrolyse formulierte.Er führte die Begriffe „Anode“, „Kathode“, „Kation“, „Elektrode“ und „Elektrolyt“ in den wissenschaftlichen Gebrauch ein. Nachdem er elektrostatische Entladungen untersucht hatte, zeigte er, dass es sich dabei um einen kurzlebigen elektrischen Strom handelt.

Im Jahr 1839 verschlechterte sich Faradays Gesundheitszustand und er stellte die Forschungsarbeit ein, doch 1845 nahm er sie wieder auf, da er sich für die Wirkung eines Magnetfelds auf polarisiertes Licht interessierte. Er entdeckte, dass ein starker Elektromagnet verwendet werden konnte, um die Polarisationsebene zu drehen. Dies führte ihn zur Entwicklung der elektromagnetischen Theorie des Lichts, die später von James Clerk Maxwell (1831–79) in mathematischer Form formuliert wurde.

Faraday hörte 1862 auf, an der Royal Institution zu arbeiten, und lebte danach zurückgezogen in den Zimmern, die ihm Königin Victoria im Hampton Court Palace gewährt hatte, wo er am 25. August 1867 starb.