Spis treści:
- 1 Michael Faraday - einer der Pioniere des Elektromagnetismus
- 2 Michael Faraday - Geburt und Beginn des Bildungsweges
- 3 Michael Faraday - Buchbinder, neugierig auf die Welt
- 4 Einstieg in die Welt der Wissenschaft und der Wissenschaftler
- 5 Ein glücklicher Zufall!
- 6 Royal Institution of Great Britain - weitere Entwicklung der Karriere von Michael Faraday
- 7 Wissenschaftliche Entdeckungen, die Michael Faraday zu verdanken sind
- 8 1821: Faradays elektrische Drehung
- 9 1823: Verflüssigung und Gefrierung von Gasen
- 10 1825: Entdeckung von Benzol
- 11 1831: Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion
- 12 1834: Das Faradaysche Gesetz der Elektrolyse
- 13 1836: Faradayscher Käfig
- 14 1845: der magneto-optische Effekt
- 15 1845: Entdeckung des Diamagnetismus
- 16 Michael Faraday - Privatleben, Vermächtnis und Gedenken
Quelle für das Titelbild: https://www.thoughtco.com/michael-faraday-inventor-4059933
Wissenschaftliche Entdeckungen – die kleinen und die großen, haben den Anstoß für weitere Entwicklungen gegeben. Hinter diesen Entdeckungen stehen natürlich ganz bestimmte Menschen! Wer war Michael Faraday und was verdanken wir ihm?
Michael Faraday - einer der Pioniere des Elektromagnetismus
In diesem Artikel stellen wir die Biographie des englischen Physikers, Chemikers und Erfinders Michael Faraday (1791-1867) und seine wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen vor. Obwohl Michael Faraday aus einer sehr armen Familie stammte, wurde er zu einem der größten Wissenschaftler der Geschichte – seine Leistungen waren bemerkenswert zu einer Zeit, als die Wissenschaft in der Regel eine Domäne von Menschen aus wohlhabenden Familien war. In dem Artikel werden auch andere wichtige Namen genannt, die mit den Entdeckungen der Hauptfigur in Verbindung stehen.
Michael Faraday - Geburt und Beginn des Bildungsweges
Michael Faraday wurde am 22. September 1791 in der Nähe von London in England, geboren. Er war das dritte Kind von James und Margaret Faraday. Sein Vater war ein Schmied, der mit seiner schlechten körperlichen Verfassung zu kämpfen hatte. Vor der Heirat war seine Mutter ein Dienstmädchen.
Die Familie lebte in Armut. Michael Faraday besuchte bis zu seinem 13. Lebensjahr eine örtliche Schule, wo er eine Grundausbildung absolvierte. Um Geld für seine Familie zu verdienen, begann er als Kurier in einer Buchhandlung zu arbeiten. Nach einem Jahr wurde er zum Buchbinderlehrling befördert.
Michael Faraday - Buchbinder, neugierig auf die Welt
Michael Faraday wollte mehr über die Welt erfahren – er beschränkte sich nicht nur auf die Buchbinderei Nach der harten Arbeit verbrachte er seine Freizeit mit dem Lesen von Büchern, insbesondere von wissenschaftlichen Werken. Zwei Bücher haben es ihm besonders angetan: die Enzyklopädie Britannica (seine wichtigste Wissensquelle zum Thema Elektrizität und darüber hinaus) und Jane Marcets Conversations on Chemistry (600 Seiten Chemie in einer sehr verständlichen Form).
Michael Faraday war von der Wissenschaft so fasziniert, dass er begann, einen Teil seines mageren Gehalts für chemische Reagenzien und Laborgeräte auszugeben, um den Wahrheitsgehalt dessen, was er gelesen hatte, in der Praxis zu testen. Als er mehr über die Wissenschaft erfuhr, hörte er, dass der renommierte Wissenschaftler John Tatum eine Reihe von öffentlichen Vorlesungen über die Philosophie der Natur (Physik) halten würde. Die Gebühr für die Teilnahme an den Vorlesungen betrug einen Schilling, was Michaels finanzielle Möglichkeiten überstieg. Sein älterer Bruder, ein Schmied, war beeindruckt von Michaels wachsendem Interesse an der Wissenschaft und gab ihm den nötigen Schilling.
Einstieg in die Welt der Wissenschaft und der Wissenschaftler
Faradays Ausbildung ging noch einen Schritt weiter, als William Dance, ein Kunde der Buchhandlung, ihn fragte, ob er Karten für einen Vortrag von Sir Humphry Davy an der Royal Institution haben wolle. Humphry Davy war einer der berühmtesten Wissenschaftler der Welt. Faraday nutzte die Gelegenheit, um vier Vorlesungen über eines der neuesten Probleme in der Chemie zu besuchen – die Definition des Säuregehalts. Er beobachtete Humphry Davy bei der Durchführung praktischer Experimente. Das war die Welt, in der er leben wollte. Er machte sich während der Vorlesungen Notizen und fügte anschließend so viele Ergänzungen zu seinen Notizen hinzu, dass er ein 300-seitiges, handgeschriebenes Buch erstellte, das er band und Davy als Hommage schickte.
Während dieser Zeit begann Faraday im hinteren Teil der Buchhandlung mit anspruchsvolleren Experimenten und baute eine elektrische Batterie aus Kupfermünzen und Zinkscheiben, die durch feuchtes, salziges Papier getrennt waren. Er benutzte seine Batterie, um Chemikalien wie Magnesiumsulfat abzubauen. Dies war die Art von Chemie, bei der Humphry Davy Pionierarbeit leistete. Im Oktober 1812 endete Faradays Lehrzeit, und er begann als Buchbinder für einen neuen Arbeitgeber zu arbeiten, den er nicht sehr freundlich fand.
Ein glücklicher Zufall!
Bald darauf folgte ein glücklicher Unfall für Faraday. Sir Humphry Davy wurde bei einer Explosion während eines fehlgeschlagenen Experiments verletzt, so dass er vorübergehend nicht schreiben konnte. Faraday gelang es, für einige Tage an der Seite von Davy zu arbeiten, der von dem ihm zugesandten Buch beeindruckt war. Schließlich hatte der Beruf des Buchbinders auch seine Vorteile! Als die Vertretungszeit abgelaufen war, fragte Faraday Davy, ob er als sein Assistent eingestellt werden könne. Kurze Zeit später wurde einer von Davys Laborassistenten wegen Fehlverhaltens entlassen, und der Wissenschaftler fragte Faraday, ob er die Stelle eines chemischen Assistenten übernehmen wolle. Es konnte nur eine Antwort geben!
Royal Institution of Great Britain - weitere Entwicklung der Karriere von Michael Faraday
Am 1. März 1813 nahm Faraday im Alter von 21 Jahren seine Arbeit an der Royal Institution of Great Britain auf. Sein Gehalt war bereits recht gut, und ihm wurde ein Zimmer auf dem Dachboden der Royal Institution zugewiesen. Seine erste Aufgabe als Chemieassistent war es, Apparate für Experimente und Vorlesungen vorzubereiten. Dabei arbeitete er mit Stickstoff(III)-chlorid, einem Sprengstoff, der Davy einen Unfall bescherte. Faraday selbst wurde durch eine weitere Explosion der Substanz kurzzeitig bewusstlos, und dann wurde Davy erneut verletzt, was dazu führte, dass die Forschung an diesem Material eingestellt wurde.
Nach nur sieben Monaten an der Royal Institution nahm Davy Faraday als seinen Sekretär mit auf eine 18-monatige Europareise. In dieser Zeit lernte Faraday große Wissenschaftler wie André Marie Ampère und Alessandro Volta kennen. In gewisser Weise wirkte die Reise wie eine Universitätsausbildung, und Faraday lernte dabei eine Menge. Die meiste Zeit der Reise war er jedoch unglücklich, weil er neben seiner akademischen Arbeit und der Sekretariatsarbeit ein persönlicher Diener von Davy und seiner Frau sein musste, was ihm nicht gefiel. Davys Frau weigerte sich, Faraday als gleichwertig zu behandeln, weil er aus einer Familie der Unterschicht stammte.
In London begann die Situation jedoch wieder besser zu werden. Die Royal Institution verlängerte Faradays Vertrag und erhöhte sein Gehalt. Davy begann sogar, ihn in wissenschaftlichen Artikeln zu würdigen und schrieb unter anderem. “Ich bin Herrn Michael Faraday für die mögliche Unterstützung dankbar…”.
Im Jahr 1816, im Alter von 24 Jahren, hielt Faraday seinen ersten Vortrag über die Eigenschaften der Materie vor der Municipal Philosophical Society. Er veröffentlichte seinen ersten wissenschaftlichen Artikel im Quarterly Journal of Science, in dem er sich mit der Analyse von Kalziumhydroxid befasste. 1821, im Alter von 29 Jahren, wurde er zum Superintendenten des Hauses und des Labors der Royal Institution befördert. Im selben Jahr heiratete er Sarah Barnard. In den nächsten 46 Jahren lebten sie in den Räumen der Royal Institution – nicht im Dachgeschoss, sondern in einer komfortablen Suite, die einst von Humphry Davy selbst bewohnt wurde. 1824, im Alter von 32 Jahren, wurde er in Anerkennung seiner wissenschaftlichen Leistungen in die Royal Society gewählt. Im Jahr 1825 wurde er Direktor des Labors der Royal Institution. Im Jahr 1833, im Alter von 41 Jahren, wurde er zum Fullerian Professor of Chemistry an der Royal Institution of Great Britain ernannt. Diese Position behielt er bis zum Ende seines Lebens. Ihm wurde 1848 und 1858 die Präsidentschaft der Royal Society angeboten, die er jedoch ablehnte.
Wissenschaftliche Entdeckungen, die Michael Faraday zu verdanken sind
Es wäre ein Leichtes, ein eigenes Buch zu schreiben, das alle Einzelheiten von Faradays Entdeckungen – sowohl in der Chemie als auch in der Physik enthält. Es ist kein Zufall, dass Albert Einstein Bilder von drei Wissenschaftlern in seinem Arbeitszimmer aufbewahrte: Isaac Newton, James Clerk Maxwell und eben Michael Faraday. Obwohl man schon zu Faradays Lebzeiten den Begriff Physiker zu verwenden begann, lehnte Faraday selbst diesen Begriff ab und bezeichnete sich stets als Philosoph. Er war ein Mann, der sich der Entdeckung durch Experimente verschrieben hatte und dafür bekannt war, dass er Ideen, die sich aus seiner wissenschaftlichen Intuition ergaben, niemals aufgab. Wenn er eine Idee für gut hielt, experimentierte er und machte zahlreiche Fehlschläge, bis er das erwartete Ergebnis erhielt oder bis die Physik bewies, dass seine Intuition falsch war – aber in Faradays Fall war das selten. Werfen wir nun einen Blick auf die berühmtesten wissenschaftlichen Entdeckungen von Michael Faraday.
1821: Faradays elektrische Drehung
Faradays elektromagnetische Rotationen waren so etwas wie Nikolaus Kopernikus Werk über die Umdrehungen der Himmelssphären! Diese Erfahrung führte schließlich zur Erfindung des Elektromotors, der auf der Entdeckung von Hans Christian Ørsted beruhte, dass ein elektrisch leitender Draht magnetische Eigenschaften besitzt. In einem Faraday-Generator erzeugt eine Kupferscheibe, die im Magnetfeld eines Dauermagneten rotiert, eine elektromotorische Kraft (Spannung), die Strom durch die Leiter fließen lässt.
1823: Verflüssigung und Gefrierung von Gasen
Im Jahr 1802 vertrat John Dalton die Ansicht, dass alle Gase durch niedrige Temperaturen oder hohen Druck verflüssigt werden können. Faraday lieferte einen eindeutigen Beweis für Daltons Theorie, als er unter hohem Druck die ersten flüssigen Proben von Chlor und Ammoniak herstellte. Die Erkenntnis, dass Ammoniak unter Druck verflüssigt und dann verdampft werden kann, um Kühlung zu erzeugen, führte zur Entwicklung der kommerziellen Kühlung. Die Verflüssigung von Ammoniak war von weiterem Interesse, da Faraday feststellte, dass die Wiederverdampfung von Ammoniak zu einer Abkühlung führte. Das Prinzip der Kühlung durch künstliche Verdunstung wurde 1756 von William Cullen in Edinburgh öffentlich demonstriert. Cullen setzte eine Pumpe ein, um den Druck über dem Etherkolben zu senken, wodurch der Ether schnell verdampfte und abkühlte. An der Außenseite des Kolbens hat sich durch den Kontakt mit der Luftfeuchtigkeit Eis gebildet. Die Bedeutung von Faradays Entdeckung bestand darin, dass er zeigte, dass mechanische Pumpen ein Gas bei Raumtemperatur in eine Flüssigkeit umwandeln können. Die Flüssigkeit könnte dann verdampft werden, wodurch die Umgebung abgekühlt würde, und das entstehende Gas könnte aufgefangen und mit einer Flüssigkeitspumpe wieder komprimiert werden, woraufhin der gesamte Zyklus wiederholt werden könnte. Dies ist die Grundlage für den Betrieb moderner Kühlschränke, Gefrierschränke und Kühlhäuser. 1862 führte Ferdinand Carré auf der Londoner Weltausstellung die erste kommerzielle Eismaschine der Welt vor. Die Maschine verwendete Ammoniak als Kühlmittel und produzierte Eis mit einer Geschwindigkeit von 200 kg/h.
1825: Entdeckung von Benzol
Benzol (C6H6) ist seit jeher eine der wichtigsten Substanzen in der organischen Chemie, sowohl in praktischer Hinsicht, d. h. bei der Herstellung neuer Materialien, als auch in theoretischer Hinsicht, d. h. für das Verständnis chemischer Bindungen. Michael Faraday entdeckte Benzol in einem öligen Rückstand, der bei der Herstellung von Gas für die Beleuchtung von Straßenlampen in London anfiel.
1831: Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion
Dies war eine äußerst wichtige Entdeckung für die Zukunft von Wissenschaft und Technik. Faraday entdeckte, dass ein magnetisches Wechselfeld den Stromfluss in einem elektrischen Kreislauf induziert. Wenn man zum Beispiel einen Hufeisenmagneten über einen Draht bewegt, wird ein elektrischer Strom erzeugt, weil die Bewegung des Magneten ein magnetisches Wechselfeld verursacht. Bisher konnte man Strom nur mit einer elektrochemischen Zelle (Batterie) erzeugen. Faraday wies nach, dass mechanische Bewegung in Elektrizität umgewandelt werden kann – oder, um es wissenschaftlicher auszudrücken, dass kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Durch die Bewegung des Magneten fließt ein Strom, der mit einem entsprechend empfindlichen Amperemeter gemessen werden kann. Je stärker der Magnet ist, desto größer ist der Strom.
Wenn man einen Stabmagneten in eine Drahtspule drückt, kann man mehr Strom erzeugen (ein sogenannter magnetischer Verstärker). Der größte Teil des Stroms, der an Haushalte und Fabriken geliefert wird, wird nach diesem Prinzip erzeugt. Die Drehung von Turbinen in Wasser-, Wind-, Kohle-, Gas- und Kernkraftwerken setzt den Rotor in Bewegung, der im Stator ein magnetisches Wechselfeld anregt und eine elektrische Spannung erzeugt. Der übliche nächste Schritt besteht darin, die Spannung über einen Transformator, der ebenfalls nach dem Prinzip der Faradayschen Induktion funktioniert, auf Netzniveau anzuheben. Dies gilt auch für Transformatoren, die die Spannung auf das Spannungsniveau des Endverbrauchers reduzieren. Elektroakustische Tonabnehmer in E-Gitarren und Hammond-Orgeln, Zündsysteme für Benzinmotoren und viele andere Geräte mit induktiven Bauteilen arbeiten ebenfalls auf der Grundlage des Faradayschen Gesetzes.
1834: Das Faradaysche Gesetz der Elektrolyse
Faraday war einer der wichtigsten Wissenschaftler bei der Schaffung einer neuen Wissenschaft, der Elektrochemie, die die Vorgänge an der Schnittstelle zwischen Elektroden und ionischen Substanzen untersucht. Die Elektrochemie hat Lithium-Ionen- und Nickel-Hydrid-Batterien hervorgebracht, die in der Lage sind, moderne Mobiltechnologie zu betreiben. Die Faradayschen Gesetze sind für das Verständnis der Reaktionen in elektrochemischen Zellen und Elektroden von zentraler Bedeutung.
1836: Faradayscher Käfig
Faraday entdeckte, dass, wenn ein elektrischer Leiter aufgeladen wird, sich die gesamte zusätzliche Ladung außerhalb des Leiters befindet. Das bedeutet, dass im Inneren eines Zimmers oder Käfigs aus Metall keine zusätzliche Ladung auftaucht. Diese Eigenschaft wurde genutzt, um Schutzkleidung für Arbeiten in aggressiven elektromagnetischen Umgebungen herzustellen (z. B. für Elektriker, die an Hoch- und Höchstspannungsleitungen arbeiten). Darüber hinaus können Objekte, die an elektrischen oder elektrochemischen Experimenten beteiligt sind, in den Faradayschen Käfig gestellt werden, um Störungen durch äußere elektromagnetische Felder zu vermeiden, die die Ergebnisse des Experiments verfälschen könnten.
Faradaysche Käfige können auch tote Zonen für drahtlose Telekommunikationsnetze schaffen – ein solches Phänomen lässt sich beobachten, wenn man versucht, in einem Metallaufzug zu telefonieren, der keine Funkwellen durchlässt. Außerdem wirken Metallkarosserien wie ein Faradayscher Käfig – bei einem Gewitter schützt die Karosserie vor möglichen Blitzen.
1845: der magneto-optische Effekt
Dies war ein weiteres wichtiges Experiment in der Geschichte der Wissenschaft, das erste, das eine Verbindung zwischen Elektromagnetismus und Licht herstellte – eine Beziehung, die schließlich durch die Gleichungen von James Clerk Maxwell im Jahr 1864 vollständig beschrieben wurde, die bewiesen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist. Das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion bildet daher zusammen mit dem Ampèreschen Gesetz und dem Gaußschen Gesetz für das elektrische und magnetische Feld die Maxwellschen Gleichungen. Faraday entdeckte, dass ein Magnetfeld eine Drehung der Polarisationsebene des Lichts bewirkt. Wenn die einander gegenüberliegenden Magnetpole auf der gleichen Seite lagen, beeinflussten sie den polarisierten Lichtstrahl, was beweist, dass Magnetkraft und Licht zusammenhängen.
1845: Entdeckung des Diamagnetismus
Die häufigste Art von magnetischem Material ist Ferromagnetismus, aber Faraday entdeckte, dass alle Stoffe diamagnetisch sind – die meisten schwach, einige stark. Diamagnetismus ist der Richtung eines angelegten Magnetfeldes entgegengesetzt. Hält man zum Beispiel den Nordpol eines Magneten in die Nähe eines Objekts mit stark diamagnetischen Eigenschaften, wird dieses Objekt vom Magneten abgestoßen. Diamagnetismus in Materialien, der durch sehr starke moderne Magnete hervorgerufen wird, kann zur Erzeugung von Levitation genutzt werden. Sogar Lebewesen wie Frösche sind diamagnetisch – und können in einem starken Magnetfeld schweben.
Michael Faraday - Privatleben, Vermächtnis und Gedenken
Michael Faraday starb am 25. August 1867 in London im Alter von 75 Jahren. Seine Frau Sarah starb im Jahr 1879. Das Paar blieb kinderlos. Sein ganzes Leben lang war Michael Faraday ein frommer Christ und gehörte den Sandemanianern an, einer kleinen protestantischen Sekte. Seine Hingabe an seinen Glauben und seine religiösen Praktiken war genauso groß wie seine Hingabe an seine Karriere als Wissenschaftler. Noch zu Lebzeiten wurde er in der Westminster Abbey neben britischen Königen und Königinnen und Wissenschaftlern vom Kaliber eines Isaac Newton beigesetzt. Faraday lehnte diesen Vorschlag zugunsten einer bescheideneren Ruhestätte ab. Sein Grab, in dem auch seine Frau Sarah begraben ist, befindet sich noch heute auf dem Londoner Highgate-Friedhof.
Die Einheit der elektrischen Kapazität wird zu Ehren von Michael Faraday Farad genannt und mit dem Großbuchstaben “F” bezeichnet.
Quelle für das Titelbild: https://www.thoughtco.com/michael-faraday-inventor-4059933
