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Influenzmaschine nach Wimshurst

Die Elektrizität im 18. und 19. Jahrhundert

Am Anfang war der Bernstein

Die Erkenntnis, dass Bernstein, wenn man ihn zum Beispiel an einem Tierfell reibt, Federn oder kleine, leichte Strohstückchen anziehen kann, gilt als erste wichtige Erkenntnis in der Geschichte der Elektrizitätsforschung. Zu Lebzeiten von Thales von Milet war dieses Phänomen bekannt: In vornehmen antiken Haushalten diente ein größerer Bernstein sogar als Kleiderbürste – durch das Gleiten am Stoff lud er sich auf und zog die Staubteilchen an sich. Thales beschrieb diese Erkenntnis, konnte sie aber noch nicht erklären. Das altgriechische Wort für Bernstein ist „elektron“. So wurde der Bernstein zum Namensgeber des Elementarteilchens Elektron und der Elektrizität.

Die Elektrisiermaschine

Im Jahr 1663 baute Otto von Guericke ein Instrument, das von Teilen der Wissenschaft als die erste Elektrisiermaschine angesehen wird. Es handelte sich um eine Kugel aus Schwefel, die auf einer Stange befestigt, drehbar gelagert auf einem Holzgestell ruhte. Er ließ sie rotieren, wobei er eine Hand auf die Oberfläche der Kugel legte um sie zu reiben. Dabei beobachtete er, dass leichte Goldblättchen, Daunenfedern und Papierstücke von der Kugel angezogen wurden.

Die Leidener- oder Kleist'sche Flasche

Bis zur Erfindung der sogenannten Verstärker-Flasche konnten die Wissenschaftler zwar mithilfe von Reibung verschiedene Körper elektrisch aufladen, aber es ließen sich noch keine sichtbaren Funken erzeugen. Als aber im Jahr 1745 die „Leidener Verstärkerflasche“ beziehungsweise die „Kleistsche Flasche“ erfunden wurde, ließ sich mit ihr so viel elektrische Energie sammeln, dass bei der Entladung mächtige Funken entstehen. Das Flaschen-Instrument trägt unterschiedliche Bezeichnungen, weil sowohl der Holländer Pieter van Musschenbroek (1692-1791) als auch der Pommer Ewald Georg von Kleist (1700-1748) unabhängig voneinander das Prinzip der „Verstärkerflasche“ entdeckten.

Der Blitzableiter

Naturphänomen Blitz zu erklären, stellte die Forscher lange Zeit vor ein großes Rätsel. Noch im 18. Jahrhundert nahm man an, dass infolge des Regens brennbare Dämpfe aus der Erde entweichen, die sich in einer gewaltigen Explosion entzündeten. Benjamin Franklin (1706-1790) wies nach, dass der Blitz eine Funkenentladung ist, die durch eine elektrostatische Aufladung der Wassertröpfchen in den Wolken verursacht wird.  In einem spektakulären Versuch ließ er am 15. Juni 1752 einen Drachen in den Gewitterhimmel steigen. Er hatte an der feuchten, elektrisch leitenden Drachenschnur einen Metallschlüssel befestigt und es gelang ihm, von dem Metall Funken zu ziehen. Seine Entdeckung brachte Franklin auf die Idee, den sogenannten Wetterstrahl mit einer starken Metallstange einzufangen, um ihn dann ohne Gefahr in die Erde abzuleiten. Damit war der Blitzableiter erfunden.  

Das Prinzip der Ladungstrennung: Elektrophor und Influenzmaschine  

Aus dem Prinzip der Ladungstrennung entwickelt Alessandro Volta 1775 den Elektrophor. Er besteht aus einer Kupferpfanne, in die eine Platte aus Baumharz gegossen ist, einem sog. "Harzkuchen". Die zweite Platte ist aus Holz und mit einer Zinnfolie überzogen. Reibt man den Harzkuchen mit einem Tierfell, so lädt er sich elektrostatisch auf. Wenn man nun den neutralen Deckel auflegt, so wird die Ladung getrennt und man kann mit wenigen Handgriffen Funken vom Deckel abnehmen.

Aus diesem Prinzip entwickelte James Wimshurst (1832-1903) im Jahr 1882 eine aus Draht-Pinseln, zwei gegenläufigen Scheiben und zwei Kondensatoren bestehende leistungsstarke Influenzmaschine, mit der man eine Spannung bis zu 120.000 Volt erzeugen konnte. Influenzmaschinen sind als elektrostatische Generatoren, die die Trennung elektrischer Ladung nutzen, um eine Spannung zu erzeugen.   

Volta-Säule

Im Jahr 1800 konstruierte Alessandro Volta (1745-1827) die erste Batterie, die sogenannt Volta-Säule. Sie besteht aus mehreren Kupfer- und Zinkplättchen. Dazwischen befindet sich eine Strom leitendes Flüssigkeit, das Elektrolyt. Volta verwendete hierfür mit Salzlauge getränkte Papp- oder Lederstückchen. Verbindet man das oberste mit dem untersten Element, beginnt der Strom zu fließen.

Das Zeitalter der Starkstromtechnik beginnt

Der entscheidende Schritt in das Zeitalter der Starkstromtechnik war die Entdeckung des dynamoelektrischen Prinzips. Dieser gelang Werner von Siemens (1816–1892) 1866 fast zeitgleich mit Charles Wheatstone (1802–1875). Schon 1821 hatte Michael Faraday (1791–1867) die elektromagnetische Rotation entdeckt. Im Jahr 1831 gelang ihm der Nachweis der elektromagnetischen Induktion, der Grundlage für den Bau von Generatoren. 1867 präsentierte Siemens & Halske die Dynamomaschine auf der Pariser Weltausstellung.  

Das dynamoelektrische Prinzip

1866 entdeckte Werner von Siemens , dass der Elektromagnet im Generator gar keine besondere Stromquelle benötigt, sondern sich seinen Strom selbst erzeugen kann. Ein Rest von Magnetismus – so seine Entdeckung – ist nämlich immer vorhanden. Dadurch entsteht in der Spule ein schwacher Strom, der wiederum zur Verstärkung des Magnetfeldes verwendet werden kann und lawinenartig zunimmt. Infolge dieses „dynamoelektrischen“ Prinzips braucht der Elektromagnet also keine fremde Stromquelle, sondern kann sein Magnetfeld selbst erzeugen.