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† Bodhie Box Kategorie Allgemeine Diskussionen ⚔ 📕 HptHomePage: https://bodhie.eu => † Allgemeine Diskussionen & Smalltalk => Thema gestartet von: ★ Ronald Johannes deClaire Schwab am 23. November 2022, 19:05:43
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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
➦ Der Mensch und die Elektrizität, eine lange Geschichte
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
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.
↯ 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.
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.
Erfunden hat den Strom eigentlich niemand. Strom ist ein Naturphänomen. Wenn wir sagen, es fließt Strom, dann bewegen sich winzig kleine Teilchen, die eine elektrische Ladung tragen, alle kontrolliert in die gleiche Richtung.
Solche Teilchen sind zum Beispiel die Elektronen, die Bestandteile der Atome sind, aus denen letztlich alle Dinge unserer Welt bestehen. Elektronen können mit ihrer Ladung Kraft auf andere geladene Teilchen ausüben und Energie transportieren. Grund ihrer gemeinsamen Bewegung in eine Richtung ist eine so genannte Spannungsdifferenz. Das bedeutet einfach gesagt nichts anderes, als dass sich auf der Seite, zu der sich etwa die Elektronen hin bewegen, weniger Elektronen befinden als dort, wo sie herkommen. „Stromerzeugung“ ist so gesehen nichts anderes als Trennung elektrischer Ladungen.
Dass es geladene Teilchen gibt, haben die Menschen schon sehr früh gewusst. Aber es dauerte recht lange, bis sie gelernt hatten, diese auch technisch zu nutzen. Heute ist ein Leben ohne Strom kaum noch vorstellbar. Strom macht den Kühlschrank kalt und den Backofen heiß. Er lässt Fernseher und Computer laufen, U-Bahnen und Züge fahren. Ohne Strom könnten viele Dinge in der Industrie nicht hergestellt, viele Patienten nicht untersucht und behandelt werden. Die Stromerzeugung kann aber auch zum Problem werden. Etwa dann, wenn sie Schadstoffe frei setzt, von denen heute viele glauben, dass sie dazu beitragen, unser Klima zu verändern.
Schon in der Antike entdeckten die Menschen Phänomene, die von elektrisch geladenen Teilchen hervorgerufen wurden. Thales von Milet, der vor über zweieinhalbtausend Jahren lebte, könnte man als den Namensgeber des Elektrons bezeichnen. Wenn man Bernstein reibt, so stellte der griechische Gelehrte fest, dann kann er kleine leichte Teilchen anziehen. Geladene Teilchen sammeln sich auf der Bernsteinoberfläche und ziehen mit ihrer Kraft andere Teilchen an. Das griechische Wort für Bernstein heißt „elektron“.
Es sollte über tausend Jahre dauern, bis es gelang, auch einen kontinuierlichen Elektronenfluss, einen Strom, zu erzeugen. Zwei Wissenschaftler, die daran maßgeblich beteiligt waren, nennt Dr. Rolf Winter vom Institut für Physik der Uni Potsdam. Alessandro Volta erfand um 1775 die erste funktionierende Batterie. Sie erzeugt durch chemische Reaktionen einen Strom. Sind die Ausgangsstoffe „verbraucht“, ist die Batterie leer, kein Strom kann mehr fließen. Batterien liefern heute zum Beispiel Strom für Autos oder Taschenlampen, sind in Uhren, MP3-Playern oder elektronischem Spielzeug eingebaut. Den Namen ihres Erfinders finden wir in der Einheit der elektrischen Spannung, dem Volt, wieder.
André Marie Ampère entdeckte den Zusammenhang zwischen Strom und Magnetismus – die Voraussetzung zum Bau von Generatoren, die heute in fast allen Kraftwerken der Welt für die Stromerzeugung verantwortlich sind, und beschrieb Strom und Spannung mit mathematischen Gleichungen.
Der Generator wurde schließlich um 1866 von Werner Siemens entwickelt. Die Dynamomaschine, wie sie damals hieß, kann Bewegungsenergie in elektrische Energie umsetzen. Sie wird auch heute (fast) überall bei der Erzeugung von Strom eingesetzt. Egal ob in Kohle-, Wind-, Wasser-, oder Atomkraftwerken. Einzig Solarkraftwerke kommen ohne Generatoren aus, da die Sonne (stark vereinfacht formuliert) die Elektronen direkt im Material der Solarzelle bewegen kann.
Nachdem der Strom in den Kraftwerken hergestellt wurde, wird er in das Stromleitungssystem eingespeist. Sobald im Haushalt oder an einer anderen Stelle ein Gerät angeschlossen bzw. eingeschaltet wird, ist der Stromkreis geschlossen und der Strom kann fließen.
Eine einfache Form des Generators findet sich übrigens in fast jedem Haushalt. Der Dynamo am Fahrrad, der das Drehen des Rades nutzt, um daraus Strom für die Lampe zu erzeugen.
↯ Die Elektrizität beschreibt alle von den Ladungen verursachten Phänomene. Man unterscheidet im Allgemeinen die statische Elektrizität, die Elektrostatik, die die Wechselwirkung von unbewegten Ladungen behandelt, von der Elektrodynamik, bei der es um bewegte Ladungen geht, z. B. in einem elektrischen Stromkreis. https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrizit%C3%A4t (https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrizit%C3%A4t)
1775 erfand der italienische Physiker Alessandro Volta das Elektrophor, ein Gerät zur Ladungstrennung mit Hilfe der Influenz. Fünf Jahre später entwickelte er die Voltasche Säule, die aus den Metallen Kupfer und Zink und einem Elektrolyten besteht. Alessandro Volta erfand um 1775 die erste funktionierende Batterie. Sie erzeugt durch chemische Reaktionen einen Strom
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, ab 1810 Graf von Volta (* 18. Februar 1745 in Como; † 5. März 1827 ebenda) war ein italienischer Physiker. Er gilt als Erfinder der Volta'schen Säule, heute bekannt als elektrische Batterie, und als einer der Begründer der Elektrizitätslehre.
Strom kommt überwiegend aus großen Kraftwerken. Energiequellen sind fossile Brennstoffe (Kohle, Gas etc.) oder erneuerbare Energien (Wind, Sonne etc.). In Gas- und Kohlekraftwerken funktioniert die Stromerzeugung zum Beispiel dadurch, dass ein Generator Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
↯ https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Strom
➦ Nikola Teslas (https://de.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla) Wechselstrom ist weiter auf dem Vormarsch und als 1893 der Auftrag für die Beleuchtung der großen Weltausstellung in Chicago ausgeschrieben wird, können er und Westinghouse das Angebot Edisons um fast 1 Million Dollar unterbieten.
Physiker Nikola TeslaSeine Technik machte den Strom transportfähig
Porträt von Nikola Tesla, 1857-1943
„Europa: 50 Hertz, 230 Volt. Amerika: 60 Hertz, 120 Volt.“
Dass heute Wechselstrom durch die Stromnetze der Welt fließt und kein Gleichstrom, haben wir vor allem einem Erfinder zu verdanken – Nikola Tesla. Geboren 1856 im heutigen Kroatien, studierte er Maschinenbau, allerdings ohne Abschluss. Um seine Kasse aufzubessern, versuchte Tesla sein Glück beim Kartenspiel – und fiel dabei fast der Spielsucht anheim.
„Ich bezwang meine Leidenschaft allmählich. Ich überwand sie nicht nur, sondern riss sie aus meinem Herzen, um nicht einmal die Spur eines Verlangens zurückzulassen.“
Begabt, aber unstet, gesundheitlich und psychisch labil – Tesla sollte es sich und seiner Umwelt zeitlebens nicht leicht machen. Als junger Ingenieur faszinierte ihn ein Feld, das 1880 hochaktuell war – die Elektrotechnik. Damals eine der drängendsten Fragen: Sollte man die Aggregate mit Gleichstrom betreiben oder mit Wechselstrom? Letzterer versprach gewisse Vorteile, doch die Technik schien zu komplex – bis Tesla 1882 bei einem Spaziergang eine Erleuchtung hatte.
Er zog zu Thomas Alva Edison in die USA
„Die Idee kam wie ein Blitz, und in einem Augenblick hatte sich die Wahrheit offenbart.“
Tesla hatte ein neues, praktikables Konzept für einen Wechselstrommotor gefunden. In Europa stießen seine Ideen nur auf wenig Gegenliebe. Deshalb zog es ihn 1884 in die USA. Dort heuerte er zunächst bei dem legendären Thomas Alva Edison an, dem Erfinder der Glühbirne. Doch rasch wurde klar: Die Chemie zwischen den beiden stimmte nicht.
„Wenn Edison eine Nadel in einem Heuhaufen finden müsste, würde er sofort darangehen, Strohhalm für Strohhalm zu untersuchen, bis er das gesuchte Objekt gefunden hätte. Ich war bedauernder Zeuge solcher Handlungen und wusste, dass ein wenig Theorie und Berechnung ihm 90 Prozent seiner Arbeit erspart hätte.“
Und: Edison war glühender Verfechter der Gleichstromtechnik. Von Teslas Wechselstrom-Erfindungen hielt er wenig – im Gegensatz zu einem anderen Industriemagnaten, George Westinghouse.
„Edison glaubte ja, dass man in ein Haus niemals Wechselstrom legen könnte, das wäre viel zu gefährlich.“
Sagt Manfred Matschke vom „Electrum“, dem Museum der Elektrizität in Hamburg.
„Und Westinghouse war der große Verfechter der Wechselstrom-Technologie. Also, die beiden haben sich so richtig anständig beharkt.“
Westinghouse erkannte das Potenzial hinter Teslas Erfindungen, stellte ihn als Berater ein, lizensierte seine Patente. Tesla erfand immer raffiniertere Motoren, Generatoren und Transformatoren für den Wechselstrom. 1893 auf der Weltausstellung in Chicago sorgten die beiden für einen Coup: Sie ließen 160.000 wechselstrombetriebene Glühlampen erstrahlen.
„Es war die Ausstellung zur Wechselstrom-Technologie und der große Durchbruch. Und danach war die Gleichstrom-Technologie tot.“
Denn Wechselspannung hat einen entscheidenden Vorteil:
„Wir können ja Elektrizität über größere Entfernungen wirtschaftlich transportieren, was bei Gleichstrom eben halt nicht möglich war. Da war es nach 300 Metern im Umkreis um das Kraftwerk vorbei.“
Nebenbei erfand er eine Art Radiosender
Nikola Tesla aber, ruhelos und exaltiert, wandte sich schnell anderen Themen zu. Seine Vision: Energie über große Strecken drahtlos zu übertragen. Quasi als Nebeneffekt gelang es ihm, eine Art Radiosender zu bauen – eine Erfindung, die man gewöhnlich dem Italiener Guglielmo Marconi zuspricht. Heute glauben viele Fachleute:
„Marconi hätte das nicht machen können, wenn er nicht die Patente von Tesla benutzt hätte.“
Teslas drahtlose Energieübertragung aber funktionierte nur für kurze Distanzen. Ein Großversuch mit einem Turm scheiterte, nicht zuletzt wegen Geldmangels.
„Da war er sicherlich auf einem Irrweg. Weil mit der Entfernung nimmt der Verlust im Quadrat zu. Und das war natürlich Gift für seine Idee. Das konnte nicht funktionieren.“
In seinen späten Jahren wandte sich Tesla immer obskureren Projekten zu. So plante er 1935 den Bau einer Kanone, die den Feind mit winzigen Teilchen beschießen sollte.
„Es würde möglich sein, alles zu zerstören, ob Menschen oder Maschinen, das sich innerhalb eines Radius von 300 Kilometern nähert.“
Und: Mit großen Antennen wollte er die freie Energie anzapfen – eine mythische, unerschöpfliche Energiequelle, deren Existenz die Lehrbuch-Physik allerdings energisch bezweifelt. Dennoch findet sich dafür auch heute noch eine treue Anhängerschaft.
„Die Esoteriker, die lieben ihn ja auch. Man würde heute vielleicht auch sagen: Er war vielleicht auch ein kleiner Spinner.“
Am 7. Januar 1943 starb Nikola Tesla im Alter von 86 Jahren in einem New Yorker Hotel. 13 Jahre später ehrte ihn die Internationale Elektrotechnische Kommission auf besondere Weise. Sie gab einer physikalischen Einheit seinen Namen: Überall auf der Welt misst man seitdem die Stärke eines Magnetfelds in Tesla.