Michael Faraday: Vater aller Elektromotoren
Michael Faraday: Pionier der Elektromagnetik, entdeckte die elektromagnetische Induktion und legte den Grundstein für moderne Technologien wie Elektromotoren und Transformatoren.
Michael Faraday in seinem Labor an der Royal Institution in London, dort hat er zahlreiche Entdeckungen aus dem Bereich Elektrotechnik gemacht.
Foto: PantherMedia / Patrick Guenette
Michael Faraday ist sicherlich einer der spannendsten Wissenschaftler in der Geschichte der Elektrotechnik. Der britische Physiker hat die Prinzipien der elektromagnetischen Induktion, der Elektrolyse und des Elektromagnetismus entdeckt. Seine Arbeiten legten den Grundstein für viele moderne Technologien. Denken wir dabei zum Beispiel an Elektromotoren und Transformatoren. Schauen wir uns an, wie Michael Faraday die Welt der Elektrotechnik verändert hat.
Inhaltsverzeichnis
- Michael Faraday: Frühe Jahre und Ausbildung
- Wendepunkt in Faradays Leben
- Der wissenschaftliche Durchbruch von Michael Faraday
- Faradays Arbeit mit der Elektrolyse
- Erfindung des Elektromotors
- Der Faradaysche Käfig
- Auch in der Optik war der Physiker aktiv
- Faraday und der Diamagnetismus
- Grundlagen der elektromagnetischen Felder
- Das Vermächtnis des Michael Faraday
- Auswirkungen bis heute spürbar
- Posthume Auszeichnungen
Michael Faraday: Frühe Jahre und Ausbildung
Michael Faraday wurde am 22. September 1791 als drittes von vier Kindern in Newington Butts (Grafschaft Surrey), einem damaligen Vorort von London, geboren. Seine Familie war arm, und sein Vater, ein Hufschmied, hatte oft gesundheitliche Probleme, die die Familie in finanzielle Schwierigkeiten brachten. Trotz dieser Umstände wuchs Faraday in einem Umfeld auf, das ihn zur Selbstbildung ermutigte. Er besuchte nur eine kirchliche Sonntagsschule, wo er die Grundlagen des Lesens, Schreibens und Rechnens erlernte. Bereits in jungen Jahren entwickelte er eine große Neugier für die Welt um ihn herum.
Mit 14 Jahren begann Faraday eine Lehre bei einem Buchbinder und Buchhändler namens George Riebau. Diese Zeit erwies sich als prägend für seine Bildung, denn sie ermöglichte ihm den Zugang zu einer Vielzahl von Büchern. Michael Faraday nutzte diese Gelegenheit, um sich autodidaktisch weiterzubilden. Besonders interessierten ihn wissenschaftliche Bücher, und so studierte er Werke wie Jane Marcet’s „Conversations on Chemistry“, die wissenschaftlichen Einträge der „Encyclopaedia Britannica“ sowie Bücher über Elektrizität und Chemie.
Wendepunkt in Faradays Leben
Ein entscheidender Wendepunkt in Faradays Leben war seine Teilnahme an Vorträgen des berühmten Chemikers Humphry Davy an der Royal Institution in London. Durch die Unterstützung eines seiner Kunden erhielt Faraday Eintrittskarten zu diesen Vorträgen, die ihn tief beeindruckten. Er fasste den Entschluss, selbst in die Welt der Wissenschaft einzutreten. Mutig schrieb er Davy einen Brief, in dem er seine Notizen der Vorträge mit schickte und um eine Anstellung bat. Wobei der Begriff “Notizen” untertrieben ist. Michael Faraday ergänzte die Notizen mit eigenen Gedanken und ließ daraus ein Buch binden, das 300 Seiten stark war. Beeindruckt von dessen Wissbegierde und Sorgfalt, stellte Davy Faraday 1813 als Assistenten an – zumal er seinen bisherigen Assistenten wegen einer Schlägerei mit einem Instrumentenbauer ohnehin entlassen musste.
Die Arbeit mit Humphry Davy war für Faraday von großem Wert. Davy nahm ihn auf eine ausgedehnte Forschungsreise durch Europa mit, bei der Faraday die Gelegenheit hatte, bedeutende Wissenschaftler zu treffen und sein Wissen zu erweitern. Unter Davys Anleitung lernte Michael Faraday nicht nur praktische chemische Techniken, sondern entwickelte auch ein tieferes Verständnis für wissenschaftliche Prinzipien und Methoden. Diese Erfahrungen legten den Grundstein für seine eigene wissenschaftliche Karriere und beeinflussten spätere Entwicklungen in den Bereichen Elektromagnetismus und Elektrochemie.
Der wissenschaftliche Durchbruch von Michael Faraday
Michael Faradays wissenschaftlicher Durchbruch ist eng mit seinen Entdeckungen in den Bereichen der elektromagnetischen Induktion, der Elektrolyse und des Elektromotors verbunden. Nach Jahren intensiver Forschung gelang Faraday im Jahr 1831 die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion, die ein grundlegendes Prinzip der modernen Elektrotechnik darstellt und die hinter dem elektrischen Transformator und dem Generator steckt.
Durch systematische Versuche zeigte Faraday, dass ein magnetisches Feld eine elektrische Spannung erzeugen kann, wenn es sich relativ zu einem Leiter bewegt. Dies gelang ihm mit einem einfachen Experiment, bei dem er eine Drahtspule in die Nähe eines beweglichen Magneten brachte und eine elektrische Spannung in der Spule induzierte.
Faradays Arbeit mit der Elektrolyse
Neben der elektromagnetischen Induktion widmete sich Michael Faraday auch intensiv der Elektrolyse, einem Verfahren zur chemischen Zersetzung von Substanzen durch elektrischen Strom. Er formulierte die Gesetze der Elektrolyse, die später als Faradaysche Gesetze bekannt wurden.
Diese Gesetze beschreiben die Beziehung zwischen der Menge des elektrischen Stroms und der Menge der bei der Elektrolyse freigesetzten Substanzen. Seine Arbeit in diesem Bereich trug wesentlich zum Verständnis der chemischen Bindung und der elektrochemischen Prozesse bei und fand Anwendung in verschiedenen industriellen Verfahren, einschließlich der Herstellung reiner Metalle und der elektrochemischen Analyse.
Erfindung des Elektromotors
Ein weiterer Meilenstein in Michael Faradays Karriere war die Erfindung des Elektromotors. Durch seine Experimente mit elektrischen Strömen und Magnetfeldern entwickelte er ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandeln konnte.
Schon im Jahr 1821 gelang ihm die Konstruktion eines sehr einfachen Elektromotors, der aus einem Draht in einer Quecksilberlösung bestand, der sich um einen Magneten drehte, wenn Strom durch den Draht floss. Dieses Prinzip der Umwandlung von elektrischer Energie in Bewegung bildet die Grundlage für moderne Elektromotoren, die heute in vielen Maschinen und Geräten von Haushalt bis Industrie eingesetzt werden.
Der Faradaysche Käfig
Neben seinen Entdeckungen in der Elektromagnetik leistete Michael Faraday weitere bedeutende Beiträge zur Wissenschaft. Eine seiner bekanntesten Erfindungen war der Faradaysche Käfig. Dieses Konzept demonstrierte er 1836 und zeigte, dass ein leitender Käfig elektrische Felder abschirmen kann, wodurch die darin befindlichen Gegenstände vor äußeren elektrischen Einflüssen geschützt werden.
Der Faradaysche Käfig hat nicht nur in der theoretischen Physik, sondern auch in der praktischen Anwendung immense Bedeutung, da er beispielsweise in der Elektronik und in der Telekommunikation zum Schutz empfindlicher Geräte vor elektromagnetischen Störungen eingesetzt wird. Und wie vermutlich die meisten im Physikunterricht gelernt haben, ist auch ein Auto ein Faradayscher Käfig – solange man im Innern keine Metallteile berührt, ist man im Auto bei Gewitter (besser: bei einem Blitzeinschlag) geschützter als draußen.
Auch in der Optik war der Physiker aktiv
Michael Faraday trug zudem zur Entwicklung der Optik bei. Durch seine Experimente entdeckte er den Faraday-Effekt, bei dem sich die Polarisationsebene von Licht dreht, wenn es durch ein Material geleitet wird, das sich in einem Magnetfeld befindet.
Diese Entdeckung im Jahr 1845 war insoweit bahnbrechend, da sie eine Verbindung zwischen Licht und Magnetismus herstellte. Sie war damit ein weiterer Beweis für die Einheit der physikalischen Kräfte. Der Faraday-Effekt spielte später eine wichtige Rolle in der Entwicklung der modernen Optik und der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie.
Faraday und der Diamagnetismus
Darüber hinaus entdeckte Faraday den „Diamagnetismus“. Er stellte fest, dass alle Materialien, auch solche, die als nicht magnetisch galten, auf Magnetfelder reagieren, indem sie schwach abgestoßen werden.
Diese Erkenntnis erweiterte das Verständnis von magnetischen Phänomenen und trug zur Entwicklung der Magnetochemie bei. Michael Faraday führte weitere Experimente durch, um die Natur des Magnetismus in verschiedenen Materialien zu untersuchen, und seine Ergebnisse legten den Grundstein für spätere Arbeiten in diesem Bereich.
Am 29. August 1831 dann entdeckt Faraday das Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Es besagt, dass Magnetfelder bei ihrer Veränderung elektrischen Strom erzeugen. Bis heute produzieren Generatoren den Strom in der Regel auf diese Weise.
Foto: PantherMedia / Patrick Guenette
Grundlagen der elektromagnetischen Felder
Faradays Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus waren ebenfalls von relevanter Bedeutung. Er entwickelte das Konzept der elektromagnetischen Felder und belegte, dass elektrische und magnetische Kräfte durch Felder im Raum übertragen werden. Diese Vorstellung war revolutionär und unterschied sich von der damals vorherrschenden Theorie der Fernwirkung.
Michael Faradays Arbeit inspirierte später James Clerk Maxwell, der die mathematischen Grundlagen der elektromagnetischen Felder formalisierte und damit die klassischen Maxwellschen Gleichungen entwickelte. Diese Gleichungen sind bis heute grundlegend für das Verständnis des Elektromagnetismus und haben eine breite Anwendung in der modernen Physik und Technik.
Das Vermächtnis des Michael Faraday
Michael Faradays Vermächtnis hat tiefe Spuren in der modernen Wissenschaft und Technologie hinterlassen. Seine Entdeckungen haben nicht nur das Verständnis grundlegender physikalischer Prinzipien verändert, sondern eine Vielzahl technologischer Entwicklungen, die die moderne Welt prägen überhaupt erst ermöglicht. Die von ihm entdeckte elektromagnetische Induktion ist das Fundament für die Funktionsweise von Generatoren und Transformatoren, die für das Erzeugen und Verteilen elektrischer Energie unverzichtbar sind.
Michael Faradays Arbeiten zur Elektrolyse und seine Formulierung der Faradayschen Gesetze haben weitreichende Anwendung in der chemischen Industrie gefunden, insbesondere in der Produktion und beim Raffinieren von Metallen sowie in der elektrochemischen Synthese. Der von ihm entdeckte Faradaysche Käfig ist fester Bestandteil in der modernen Elektronik und Telekommunikation, um Geräte vor elektromagnetischen Störungen zu schützen. So wurden diese Technologien deutlich sicherer und zuverlässiger. Auch bei MRT-Untersuchungen kommt der Faradaysche Käfig zum Einsatz, um störende Einflüsse „fremder“ Radiowellen auf die Untersuchung zu verhindern.
Auswirkungen bis heute spürbar
Seine Arbeit in der Optik, insbesondere der Faraday-Effekt, hat bis heute Auswirkungen auf die optische Physik und Technologie. Der Effekt trug dazu bei, moderne Kommunikationssysteme zu entwickeln, die auf Lichtsignalen basieren: etwa Glasfasernetzwerke, die eine schnelle und effiziente Datenübertragung ermöglichen. Der Einfluss seiner Forschungen im Bereich des Magnetismus hat zudem die Grundlagen für moderne magnetische Speichermedien und medizinische Bildgebungsverfahren gelegt.
Michael Faradays Entdeckungen wurden bereits zu seinen Lebzeiten hoch geschätzt und er erhielt zahlreiche Ehrungen und Anerkennungen. Er war Mitglied der Royal Society und wurde mehrfach mit Medaillen und Preisen ausgezeichnet, darunter mit der Royal Medal und der Copley Medal. Trotz seiner bescheidenen Herkunft und seines Mangels an formaler, höherer Bildung wurde er als einer der herausragendsten Wissenschaftler seiner Zeit anerkannt und respektiert. Nach seinem Tod im Jahr 1867 wurde sein Einfluss noch deutlicher, als seine Arbeiten weiterhin die wissenschaftliche Forschung beeinflussten.
Posthume Auszeichnungen
Posthum wurden zahlreiche Einrichtungen und Preise nach Michael Faraday benannt, darunter die Faraday Society, die seine wissenschaftlichen Ideale weiterträgt. Sein Name ist auch im internationalen Einheitensystem verewigt, in dem die Einheit der Kapazität, das Farad, nach ihm benannt ist. Diese Ehrungen belegen die anhaltende Bedeutung seiner Entdeckungen und seinen Status als einer der größten Wissenschaftler der Geschichte.
Darüber hinaus wurden verschiedene Auszeichnungen nach ihm benannt: unter anderem die Faraday Medaille des britischen Institute of Physics (IOP), die Faraday-Medaille der britischen Institution of Engineering and Technology (IET) und der Michael-Faraday-Preis der Royal Society. Sein Bildnis zierte für zehn Jahre (1991 bis 2001) eine 20-Pfund-Sterling-Note der Bank of England. Ein Mondkrater und ein Asteroid tragen ebenfalls den Namen Faraday.
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