Kurze Geschichte der Elektrizität

Elektrizität ist in unserem täglichen Leben so allgegenwärtig, dass wir dazu neigen, sie als eine grundlegende Notwendigkeit zu betrachten, genau wie fließendes Wasser. Die Wahrheit ist jedoch, dass wir Menschen sie erst seit relativ kurzer Zeit nutzen. Seit dem späten 16. Jahrhundert erforscht, war die Elektrizität – verstanden als beobachtbare elektrische Phänomene – lange Zeit nur ein Objekt der Neugier und der Unterhaltung, bevor sie Teil unseres täglichen Lebens wurde. Wenn Sie sich schon immer gefragt haben, wie und warum es zu diesem Wandel kam, finden Sie alle Antworten in dieser kurzen Geschichte der Elektrizität.

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Die Entdeckung der Elektrizität: die Pioniere

Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts war der Begriff Elektrizität für Körper reserviert, die sich gegenseitig anziehen oder abstoßen, wenn sie aneinander gerieben werden, ein Bereich, der heute als Elektrostatik bekannt ist. In jedem Fall ist die Anziehung von Lichtkörpern auf elektrifizierte Objekte durch Reibung seit der Antike bekannt. Seine Entdeckung wird dem griechischen Philosophen Thales von Milet (6. Jh. v. Chr.) zugeschrieben, der feststellte, dass ein kleines Stück Bernstein nach kräftigem Reiben die Eigenschaft erhielt, kleine Teilchen anzuziehen. Das Wort Elektrizität leitet sich nämlich vom griechischen elektron ab, was so viel wie Bernstein“ bedeutet. Die systematische Erforschung der Elektrizität begann jedoch erst gegen Ende des 16. Jahrhunderts mit dem englischen Wissenschaftler William Gilbert (1544-1603), der die erste bekannte Abhandlung zu diesem Thema verfasste.

Gilberts Beiträge wurden von einem Deutschen, Otto von Guericke (1602-1686), aufgegriffen, der die erste Vakuummaschine erfand. Dies erleichterte die Anziehung elektrifizierter Körper, da Luft kein Hindernis mehr darstellte. Von Guericke war auch der Architekt der ersten elektrostatischen Maschine: in diesem Fall ein großer Schwefelballon, den der Wissenschaftler durch Reiben mit den Händen elektrisierte. Mit diesen rudimentären Instrumenten entdeckte er sowohl das Phänomen der elektrischen Leitung, d.h. die Fähigkeit dieser geheimnisvollen Energie, durch bestimmte Körper übertragen zu werden, als auch die Kraft der Punkte, d.h. die Tendenz von spitzen Gegenständen, elektrische Eigenschaften zu zeigen.

Este último efecto fue aprovechado un siglo después por el estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790), tras haber demostrado, en 1752, que el rayo es un fenómeno de naturaleza eléctrica, una especie de chispa gigante. Esta observación, unida a los hallazgos de Von Guericke acerca de los objetos puntiagudos, le permitió inventar el pararrayos. Se trataba de una varilla terminada en punta que, colocada sobre los edificios o los barcos, los mantenía a salvo de los efectos de la electricidad de las nubes.

Letzteren Effekt machte sich ein Jahrhundert später der Amerikaner Benjamin Franklin (1706-1790) zunutze, nachdem er 1752 nachgewiesen hatte, dass der Blitz ein elektrisches Phänomen ist, eine Art Riesenfunke. Diese Beobachtung sowie von Guerickes Erkenntnisse über spitze Gegenstände ermöglichten ihm die Erfindung des Blitzableiters. Dabei handelte es sich um einen spitzen Stab, der, wenn er auf Gebäuden oder Schiffen angebracht wurde, diese vor den Auswirkungen der Elektrizität aus den Wolken bewahrte.

Von positiven und negativen Ladungen zur Spannung

Im Jahr 1733 leistete der französische Physiker und Chemiker Charles du Fay (1698-1739) einen weiteren wichtigen Beitrag zur Geschichte der Elektrizität. Du Fay entdeckte, dass es zwei Arten von Elektrizität gibt – das, was wir heute als elektrische Ladungen bezeichnen: eine erste Art, die durch das Reiben von Glas entsteht, die er glasartige Elektrizität nannte, und eine zweite Art, die durch die Reibung von harzigen Körpern entsteht, die er harzartige Elektrizität nannte. Zwei Körper mit gleicher elektrischer Ladung stoßen sich gegenseitig ab, während zwei Körper mit unterschiedlicher elektrischer Ladung sich anziehen. Aus diesem Grund übernahm Benjamin Franklin Jahre später die Konzepte der positiven und negativen Elektrizität.

Doch die eigentliche Revolution kam von unerwarteter Seite: durch die Arbeit des italienischen Anatomen Luigi Galvani (1737-1798) an den Muskeln sezierter Froschschenkel. Im Jahr 1791 entdeckte er, dass diese Muskeln merkwürdige elektrische Eigenschaften zeigten, wenn sie mit zwei verschiedenen Metallen in Berührung kamen.

Später griff der italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) die Fortschritte seines Landsmannes auf und zeigte, dass der Frosch nur eine untergeordnete Rolle spielte: Der elektrische Effekt resultierte tatsächlich aus dem Kontakt zweier Metalle unterschiedlicher Beschaffenheit durch ein feuchtes Tuch. Inspiriert von dieser Erkenntnis entwickelte er im Jahr 1800 die erste elektrische Batterie, die aus einer Batterie – daher der Name – aus Kupfer- und Zinkscheiben bestand, zwischen denen in Säure getränkte Gewebe eingelegt waren.

Diese Erfindung revolutionierte die Elektrizität: Im Gegensatz zu elektrostatischen Maschinen, die durch Reibung aufgeladen werden mussten und sich in kürzester Zeit entluden, erzeugte die Volta-Batterie eine Art kontinuierliche Entladung, die der französische Physiker André-Marie Ampère (1775-1836) 1820 auf den Namen elektrischer Strom taufte. Dieses Konzept bezieht sich auf eine Verschiebung von Ladungen innerhalb eines Leiters. Als Hommage an Ampère wird die internationale Einheit für die Stärke des elektrischen Stroms, d. h. die Anzahl der Ladungen, die pro Zeiteinheit durch einen Leiterabschnitt fließen, Ampere genannt. Als Hommage an Volta wurde der Begriff Spannung geprägt, d. h. die Fähigkeit einer Batterie, einen elektrischen Strom zu erzeugen. Die Menge wird in Volt ausgedrückt.

Motoren und Elektromagnetismus

Ein weiterer wichtiger Moment in der Geschichte der Elektrizität war die Entdeckung der Elektrolyse, d. h. der Zersetzung eines gelösten Stoffes in Ionen mittels eines elektrischen Stroms. Dies geschah mit Hilfe von zwei massiven Stäben, die mit den Polen einer Batterie verbunden waren (zwei Elektroden, nach der einige Jahre später von Michael Faraday eingeführten Terminologie). Die Elektrolyse ermöglichte dem englischen Chemiker Humphry Davy (1778-1829) zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Entdeckung einer Vielzahl von bis dahin unbekannten Elementen: Natrium, Kalium, Kalzium, Magnesium, Barium und Strontium. Indem man die wässrige Lösung durch ein in einem Glaskasten eingeschlossenes Gas ersetzte, wurden die ersten lang anhaltenden elektrischen Entladungen erzeugt, die in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts als Grundlage für die ersten städtischen Beleuchtungseinrichtungen dienten. Im Jahr 1841 schließlich stellte der Engländer James Prescott Joule (1818-1899) fest, dass der Durchgang eines elektrischen Stroms in einem metallischen Leiter eine Wärmeabgabe verursacht. Dabei handelt es sich um den Joule-Effekt, ein Phänomen, bei dem, wenn ein elektrischer Strom in einem Leiter fließt, ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen in Wärme umgewandelt wird.

Diese Entdeckung sollte eine zweite Revolution in Nordeuropa auslösen. Im Jahr 1820 beobachtete Hans Christian Ørsted (1777-1851), Physikprofessor an der Universität Kopenhagen, dass ein leitender Draht mit elektrischem Strom eine in der Nähe platzierte Magnetnadel ablenkte. Dieses Experiment enthüllte nicht nur zum ersten Mal die Existenz magnetischer Effekte der Elektrizität, sondern leitete auch die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Magneten und von Strom durchflossenen Drähten ein.

Diese Studie hatte beträchtliche theoretische Implikationen. So zeigte er beispielsweise, dass ein Magnet einen stromdurchflossenen Draht bewegen kann. Indem er diesen Effekt zum Einschalten eines Stromkreises nutzte, realisierte Michael Faraday bereits 1821, was als Vorläufer des Elektromotors gelten kann.

Andererseits hatten die Erfahrungen von Ørsted gezeigt, dass es eine Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus gibt. Diese beiden Bereiche wurden 1864 von dem Schotten James Clerk Maxwell (1831-1879) vereinheitlicht, wodurch der Elektromagnetismus entstand.

Das Zeitalter der großen Erfindungen

Die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts war durch eine spektakuläre Entwicklung der industriellen oder elektrotechnischen Elektrizität gekennzeichnet. Die Volta-Batterie wurde bald durch leistungsfähigere Batterien wie die Daniell-Batterie (1836), die Bunsen-Batterie (1841) oder die Leclanché-Batterie (1864) ersetzt. Im Jahr 1859 entwickelte der Franzose Gaston Planté (1834-1889) die erste wiederaufladbare Batterie oder den ersten Akkumulator. Einen ähnlichen Aufschwung erlebten die Generatoren: Die Erfindung des Dynamos in den 1870er Jahren durch Zénobe Gramme (1826-1901) läutete das Erscheinen der ersten Wechselstromgeneratoren oder Alternatoren ein, vor allem dank der Arbeit des kroatischen Ingenieurs Nikola Tesla (1856-1943). Diese Geräte, die von den riesigen Turbinen der Kraftwerke angetrieben werden, sind das zentrale Element bei der Erzeugung von elektrischer Energie. Die Entwicklung von Generatoren ging natürlich mit der Entwicklung von Wechselrichtern, besser bekannt als Elektromotoren, einher.

Diese Fortschritte trugen zur Entwicklung der elektrischen Anwendungen im letzten Jahrhundert bei. Bereits 1839 erschien in England das erste Telekommunikationsinstrument, das auf der Übertragung elektrischer Signale über einen Draht beruhte, der von den Ingenieuren William Cooke und Charles Wheatstone entwickelte Telegraf. 1876 nutzte der Amerikaner Alexander Graham Bell (1847-1922) erstmals elektrische Signale, um die menschliche Stimme aus der Ferne zu übertragen: das Telefon war geboren.

Bald wurden auch die Verkehrsmittel elektrifiziert: Die erste elektrische Straßenbahn der deutschen Ingenieure Werner von Siemens und Johann Halske stammt aus dem Jahr 1879. Der erste elektrische Zug, erfunden von Thomas Alva Edison (1847-1931), stammt aus dem Jahr 1880. Edison war auch die treibende Kraft hinter zahlreichen Erfindungen, wie dem Phonographen, der Filmkamera und der Glühbirne.

Dank der Entwicklung elektrischer Transformatoren in den 1880er Jahren und der hohen Spannungen, die diese Geräte ermöglichten, konnte der Stromtransport vom Ort der Erzeugung bis ins Herz der Städte ausgedehnt werden, was eine urbane Revolution bedeutete. Dies war auch die Geburtsstunde der Leuchtreklame, die einen Wendepunkt in der Geschichte der Werbung darstellte.

An diesem Punkt in der Geschichte der Elektrizität könnten wir auf viele andere Aspekte eingehen, die die Entwicklung und Verbesserung der Beleuchtung ermöglicht haben, wie zum Beispiel die LED-Technologie. Oder die Geburt des ersten Fernsehgeräts, das am 26. Januar 1927 von dem Schotten John Logie Baird (1888-1946) entwickelt wurde. Es sind jedoch so viele und so entscheidende Fortschritte, dass sie einen eigenen Beitrag verdienen.

Kurze Geschichte der Elektrizität

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