Eine Geschichte von Elektrizität und Magnetismus

EINE GESCHICHTE VON STROM UND MAGNETISMUS

Magnetismus und Elektrizität sind untrennbar miteinander verbunden, ohne das eine könnten wir das andere nicht haben. Die Geschichte ist übersät mit Philosophen, Ärzten, Ingenieuren und Erfindern, die alle zu unserem Verständnis und der Entwicklung von Elektrizität und Magnetismus beigetragen haben, von denen viele hier in unserer kurzen Geschichte ausführlich beschrieben werden.

600 v. Chr. Thales, ein griechischer Philosoph, fand heraus, dass Bernstein beim Reiben mit Seide elektrisch aufgeladen wurde und andere Objekte anzog. Thales hatte statische Elektrizität entdeckt.
1175 Alexander Neckam, ein englischer Mönch, beschrieb die Funktionsweise eines Kompasses
1600 William Gilbert, ein englischer Arzt und Wissenschaftler, sprach zuerst von Elektrizität (abgeleitet vom Begriff Elektron, dem griechischen Wort für Bernstein) und erforschte als erster die Eigenschaften des Magnetsteins. Gilbert schrieb über die Elektrifizierung vieler Substanzen. Er war auch der erste, der die Begriffe elektrische Kraft, magnetischer Pol und elektrische Anziehung verwendete. Kontroverserweise missachtete er die verbreitete Meinung, dass die Erde im Zentrum des Universums befestigt sei und schlug vor, dass der Magnetismus die Seele der Erde sei. Gilbert veröffentlichte seine Ergebnisse in seinem Buch mit dem Titel De Magnete.
1660 Robert Boyle, ein irischer Philosoph, Chemiker und Physiker, entdeckte, dass elektrische Kraft durch ein Vakuum übertragen werden kann und beobachtete Anziehung und Abstoßung.
1675 Der Engländer Stephen Gray, ein Färber und Chemiker, unterschied zwischen Leitern und Nichtleitern elektrischer Ladungen.
1800 Der italienische Physiker Alessandro Volta erfand die erste elektrische Batterie. Der Begriff Volt ist ihm zu Ehren benannt.
1809 Sir Humphry Davy, ein englischer Chemiker und Erfinder, schuf die erste elektrische Lampe. Die Bogenlampe war ein Stück Kohlenstoff, das glühte, wenn es mit Drähten an eine Batterie angeschlossen wurde.
1820 Separate Experimente von Hans Christian Ørsted (Dänemark), Andre-Marie Ampere (Frankreich) und Francois Arago (Frankreich) bestätigten die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus.
Hans Christian Ørsteds zufällige Entdeckung, dass ein elektrischer Strom eine Kompassnadel bewegt, erschütterte die wissenschaftliche Welt und es folgten eine Reihe von Experimenten, die sofort zum ersten Elektromagneten und Elektromotor führten.

Hans Christian Ørsted – Eine zufällige Entdeckung

Im Herbst 1820 lud Ørsted einige Kollegen ein, um ihnen zu zeigen, wie Metall elektrischen Strom leiten kann. Als er die Strömung anzündete, bemerkte Ørsted, wie sich die Nadel eines nahegelegenen Kompass bewegte, den er für eine andere Demonstration verwenden wollte. Vorher hatte noch niemand einen Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus beobachtet. Er hielt seine Ergebnisse geheim, bis er herausfand, wie und warum seine Demonstration das Magnetfeld des Kompasses beeinflusst hatte.

Bisher war nur von Magnetsteinen (natürlich vorkommende Steine mit einem hohen Eisengehalt) und Eisen selbst bekannt, dass sie ein Magnetfeld abgeben. Ørsted replizierte seinen Befund und studierte ihn eingehend, konnte aber selbst keine Erklärung für das Phänomen finden. Er veröffentlichte seine Entdeckung schließlich drei Monate nach seiner Entdeckung ohne Erklärung.

André-Marie Ampère

In den Monaten nach der Veröffentlichung von Ørsteds Entdeckung versuchte die wissenschaftliche Gemeinschaft verzweifelt, das Phänomen zu erklären, und in den folgenden sieben Jahren wurden über hundert Artikel zu diesem Thema veröffentlicht. Der maßgeblichste in diesem Bereich war der französische Physiker und Mathematikprofessor André-Marie Ampère.

Nur eine Woche, nachdem er von Ørsteds Arbeit erfahren hatte, präsentierte Ampère seine eigenen Ergebnisse, die zeigten, dass zwei Drähte, die parallel zueinander verlegt wurden und beide einen elektrischen Strom führten, entweder voneinander angezogen oder abgestoßen wurden, je nachdem, in welche Richtungen die Strömungen waren unterwegs. Wenn sich beide Ströme in die gleiche Richtung bewegten, würden sich die Drähte anziehen, umgekehrt, wenn sich die Ströme in entgegengesetzte Richtungen bewegten, stoßen sich die Drähte gegenseitig ab.

Es klingt jetzt einfach, aber diese Erkenntnis lieferte die Bausteine für das Studium des Elektromagnetismus und wurde zu einer der Grundlagen der modernen Physik. Ampère fand auch heraus, wie man die Intensität der Wechselwirkung zwischen verschiedenen elektromagnetischen Strömen quantifizieren kann, und zementierte die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus mit einer Gleichung, die als Ampèresches Gesetz bekannt ist.

1821 Michael Faraday, einer der einflussreichsten englischen Wissenschaftler, entdeckte das Prinzip der elektromagnetischen Rotation, das später der Schlüssel zur Entwicklung des Elektromotors werden sollte. Seine Erfindungen elektromagnetischer Drehvorrichtungen machten den Elektromotor möglich.
1826 Der deutsche Physiker und Mathematiker George Ohm definierte die Beziehung zwischen Leistung, Spannung, Strom und Widerstand im Ohmschen Gesetz.
1831 Mit seiner Erfindung, dem Induktionsring, bewies Michael Faraday, dass Elektrizität durch Veränderungen in einem elektromagnetischen Feld induziert werden kann. Faradays Experimente zur Funktionsweise von elektrischem Strom führten zum Verständnis von elektrischen Transformatoren und Motoren. Faraday war mit seinen Bemühungen nicht allein; Der amerikanische Wissenschaftler Joseph Henry entdeckte separat das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, aber Faraday war der erste, der seine Arbeit veröffentlichte. Faraday beschrieb auch einen Elektromotor und führte zahlreiche Experimente durch, um zu beweisen, dass aus Magnetismus Elektrizität erzeugt werden kann. Innerhalb weniger Wochen hatte der große Experimentator nicht nur dieses Phänomen, das heute als elektromagnetische Induktion bekannt ist, anschaulich nachgewiesen, sondern auch eine gute Vorstellung von den Vorgängen entwickelt. Eines der Experimente, die Faraday in diesem wichtigen Jahr durchführte, beinhaltete einen Permanentmagneten und ein Galvanometer, die mit einer um einen Papierzylinder gewickelten Drahtspule verbunden waren.
1832 Der erste Magnetzünder, ein elektrischer Generator, der mit Permanentmagneten periodische Wechselstromimpulse erzeugt, wird vom französischen Instrumentenbauer Hippolyte Pixii nur ein Jahr nach der Entdeckung der Prinzipien der elektromagnetischen Induktion durch Michael Faraday gebaut. Der handkurbelbetriebene Magnetzünder von Pixii war der erste praktische Generator für elektrischen Strom.
1834 Thomas Davenport, ein amerikanischer Schmied und Erfinder, erfand den Elektromotor, eine Erfindung, die heute in den meisten Elektrogeräten verwendet wird.
1860er Jahre Die mathematische Theorie elektromagnetischer Felder wurde vom schottischen theoretischen Physiker JC Maxwell veröffentlicht und begründete eine neue Ära der Physik, als er Magnetismus, Elektrizität und Licht vereinte. Maxwells vier Gesetze der Elektrodynamik (Maxwells Gleichungen) führten schließlich zu elektrischer Energie, Radios und Fernsehen.
1876 Der amerikanische Erfinder Charles Brush erfand den Open-Spulen-Dynamo oder Generator, der einen stetigen Strom erzeugen konnte.
1878 Der englische Physiker und Chemiker Joseph Swan erfand die erste Glühbirne (auch elektrische Lampe genannt). Seine Glühbirne war schnell durchgebrannt.
Der Amerikaner Thomas Edison arbeitete ebenfalls an der Entwicklung des gleichen Geräts und gründete die Edison Electric Light Co. in New York City. Er kaufte eine Reihe von Patenten im Zusammenhang mit elektrischer Beleuchtung und begann mit Experimenten, um eine praktische, langlebige Glühbirne zu entwickeln.
Charles Brush (USA) entwickelte eine Bogenlampe, die von einem Generator betrieben werden konnte.
1879 Nach vielen Experimenten erfand Thomas Edison (USA) eine Glühbirne, die etwa 40 Stunden lang verwendet werden konnte, ohne durchzubrennen. Bis 1880 konnten seine Glühbirnen 1.200 Stunden lang verwendet werden.
1882 Thomas Edison eröffnete das Kraftwerk Pearl Street in New York City. Das Kraftwerk war eines der ersten zentralen Stromkraftwerke der Welt und konnte 5.000 Lampen versorgen. Im Gegensatz zu den heute verwendeten Stromversorgungssystemen, die Wechselstrom (AC) verwenden, wurde ein Gleichstromsystem (DC) verwendet. In Wisconsin wurde das erste Wasserkraftwerk eröffnet.
1883 Nikola Tesla, ein amerikanischer Einwanderer aus dem österreichischen Kaiserreich, erfand die Tesla-Spule, einen Transformator, der den Strom von Niederspannung auf Hochspannung umwandelte und den Transport über weite Entfernungen erleichterte.
1884 Nikola Tesla erfand die elektrische Lichtmaschine zur Erzeugung von Wechselstrom (AC). Bisher wurde Strom mit Gleichstrom (DC) aus Batterien erzeugt.
Sir Charles Algernon Parsons, ein englischer Ingenieur, erfand einen Dampfturbinengenerator, der riesige Mengen Strom erzeugen kann.
1888 Nikola Tesla demonstrierte das erste elektrische System mit mehrphasigem Wechselstrom (AC). Sein Wechselstromsystem umfasste alle Einheiten, die für die Stromerzeugung und -nutzung benötigt werden: Generator, Transformatoren, Übertragungssystem, Motor (in Geräten verwendet) und Beleuchtung. George Westinghouse, der Chef der Westinghouse Electric Company, kaufte die Patentrechte für das AC-System.
Ebenfalls 1888 nutzte Charles Brush als erster eine große Windmühle zur Stromerzeugung. Er benutzte die Windmühle, um im Keller seines Hauses in Cleveland, Ohio, Batterien aufzuladen.
1895 Das Wasserkraftwerk Niagara Falls wurde eröffnet. Ursprünglich versorgte es die Region mit Strom. Ein Jahr später, als eine neue Wechselstromleitung (AC) eröffnet wurde, wurde elektrischer Strom von den Niagarafällen an Kunden in Buffalo, New York, über 30 km entfernt geliefert.
1897 Der englische Physiker Joseph John Thomson (England) entdeckte das Elektron
1900-1909 Albert Einstein veröffentlichte seine spezielle Relativitätstheorie und seine Theorie über die Quantennatur des Lichts, die er sowohl als Teilchen als auch als Welle identifizierte. Mit jedem neuen Gerät beginnt die Elektrizität den Alltag zu verändern.
1903 In Chicago wurde die erste reine Turbinenstation der Welt eröffnet.
1930 Die ersten Alnico-Magnete wurden hergestellt. Der deutsche Wissenschaftler Hermann Kemper untersuchte die Nutzung von Magnetfeldern in Verbindung mit Zügen und Flugzeugen.
1943 Der erste programmierbare elektronische Computer wurde vom britischen Mathematiker Professor Maxwell HA Newman und dem britischen Ingenieur Thomas H. Flowers gebaut.
1952 Die ersten kommerziellen Keramik/Ferrit-Magnete wurden hergestellt
1966 KJ Strnat und G. Hoffer vom Materiallabor der US Air Force beginnen mit der Entwicklung von Seltenerdmagneten, nachdem sie entdeckt haben, dass eine Legierung aus Yttrium und Kobalt die größte magnetische Anisotropie aller damals bekannten Magnete aufwies.
1968 Hewlett-Packard begann mit der Vermarktung des ersten Personalcomputers, des HP9100A, der tatsächlich als Taschenrechner vermarktet wurde, da der Markt ihn nicht als Computer akzeptiert hätte, weil man glaubte, dass eine Maschine groß sein muss, um ein Computer zu sein.
1969 Die amerikanischen Wissenschaftler James R. Powell und Gordan T. Danby patentierten das erste Design für Magnetschwebebahnen.
1982 Neodym-Magnete wurden von General Motors und Sumitomo Special Metals entwickelt.
1991 Die Bundesregierung zertifiziert den Betrieb der ersten Magnetschwebebahn für die Öffentlichkeit.

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