150. Todestag von Michael Faraday
Vom Luftballon zu physikalischen Gesetzen
„Ich weiß nicht, für was das einmal gut sein wird. Aber ich weiß, dass Sie Steuern darauf nehmen werden.“ – Ein Zitat von Faraday, das noch heute Gültigkeit besitzt.
Elektromagnetische Induktion und Faradayscher Käfig
Schon 1822 vermerkte Faraday in seinem Notizbuch: „Convert magnetism into electricity“ („Magnetismus in Elektrizität umwandeln“). 1824 notierte er dazu erstmals ein Experiment – allerdings erfolglos. 1825 und 1836 folgten weitere Experimente, jedoch ohne die gewünschten Ergebnisse.
Erst 1831 gelang ihm der Durchbruch. Die technische Basis des Experiments bildete ein Weicheisenring. Auf der einen Seite drei Wicklungen aus Kupferdraht, die durch Bindfaden und Kattun voneinander isoliert waren. Auf der anderen Seite zwei solcher Wicklungen, die mit einem Kupferdraht verlängert wurden und zu einer etwa einen Meter langen Magnetnadel führten. Schloss er den Stromkreis, bewegte sich die Magnetnadel und schlug in eine Richtung aus. Öffnete er den Stromkreis, bewegte sich die Nadel in die entgegengesetzte Richtung. Faraday hatte die elektromagnetische Induktion entdeckt.
Das Prinzip der elektromagnetischen Induktion lag den später entwickelten Transformatoren zugrunde. Während seiner Experimente fand Faraday heraus, dass ein zylindrischer Stabmagnet, der durch eine Drahtwendel bewegt wurde, eine elektrische Spannung in ihr induzierte. Elektrische Generatoren arbeiten nach diesem Grundprinzip.
Dass sich Körper innerhalb leitender Materialien gefahrlos bewegen können, selbst wenn eine hohe Spannung anliegt, fand Faraday ebenfalls heraus. Die Ladung konzentriert sich hierbei an der Außenseite der Materialien. Dieser Effekt ist heute bekannt als der Faradaysche Käfig, dessen bekanntestes Beispiel die Karosserien von Autos sind.
Gesetze der Elektrolyse und Faraday-Effekt
Nur ein Jahr nach seiner Entdeckung, die zwar wie eine unspektakuläre Beobachtung wirkte, deren Tragweite Faraday jedoch schon damals erkannte, befasste er sich mit verschiedenen chemischen Lösungen und elektrolysierte sie systematisch. Dabei variierte er Spannung, Stromstärke und Einwirkungsdauer. Er bestimmte die entstandenen Stoffmengen und formulierte die Gesetze der Elektrolyse, die heute als Faradaysche Gesetze bekannt sind:
1. Faradaysches Gesetz:
Die bei einer Elektrolyse an den Elektroden abgeschiedenen Stoffmengen sind proportional zur durch die Elektrolytlösung geflossenen Elektrizitätsmenge, also der Stromstärke und der Zeitdauer. Die Stoffmengen sind proportional zur durch die Elektrolytlösung gegangenen Ladung Q. Beispiel: Bei der Elektrolyse einer Zinkiodidlösung entsteht die doppelte Menge an Zink, wenn die Elektrolysedauer t oder die Stromstärke I verdoppelt wird: Q = I . t
Im Jahr 1845 entdeckte der Physiker und Chemiker, dass die Ausbreitung von Licht durch ein Magnetfeld beeinflusst wird. Der Strahl des polarisierenden Lichts begann in seinem Experiment zu rotieren. So entstand der heute bekannte und nach ihm benannte Faraday-Effekt. Faraday erkannte, dass Elektrizität, Magnetismus und Licht eng miteinander verwandt sind und Elektromagnetismus eine elementare Kraft darstellt.