Elektrizität
Einführung
Basiswissen
Blitze, Strom, abstehende Haare oder Elektromagnete: Elektrizität fasst die Phänomene zusammen, die durch ruhende oder auch bewegte elektrische Ladungen erzeugt werden können. Historisch brachte man die Elektriztität bis weit ins 19te Jahrhundert vor allem mit Effekten rund um Reibung zusammen. Zentrale Begriffe sind heute die elektrische Ladung, der elektrische Strom sowie das elektrische Feld. Das ist hier kurz erklärt.
Die Grundidee: elektrische Ladungen
Als positive oder negative elektrische Ladung bezeichnet man die modellhaft angenommen Ursache der elektrischen Coulomb-Kraft: gleichartige Ladung stoßen sich gegenseitig immer ab, verschiedene Ladungen ziehen sich an. Ladung tritt immer nur in Verbindung mit Materie - also Masse - auf. Es gibt Teilchen, die eine Ladung tragen können: Protonen und Positronen zum Beispielen tragen eine positive Ladung. Elektronen hingegen tragen eine negative Ladung. Es gibt eine kleinste Menge an Ladung, die sogenannte Elementarladung. Man hat in der Natur noch nie eine kleinere Ladung beobachtet. Die Ladung ist eine sogenannte Erhaltungsgröße. Das heißt, Ladung kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Lies mehr unter elektrische Ladung ↗
Ladungen in Bewegung: Strom
Bewegen sich mehrere Ladungen gemeinsam in eine Richtung spricht man von einem elektrischen Strom. In der Technik werden fließende Elektronen oft durch Drahtleitungen geführt. Strom hat immer einen Einfluss auf zum Beispiel Magnetnadeln[5]. Das ist die bekannteste Form des elektrischen Stromes. Strom kann aber auch aus geladenen Molekülen in Füssigkeiten oder Protonen in einen Ringbeschleuiger bestehen. Lies mehr dazu unter elektrischer Strom ↗
Die Abstraktion: elektrische Felder
Elektrische Ladungen haben immer eine Wirkung auf andere elektrische Ladung. Man kann für jeden Punkt im Raum um eine Ladung angeben, mit wie vielen Newton Kraft sie dort eine andere Ladung anziehen oder abstoßen würde. Das Modell, dass jedem Punkt im Raum eine solche Angabe zuweist nennt man elektrisches Feld ↗
Fußnoten
- [1] 1809, vor allem Reibung ist wichtig: " Die Electricität, a. d. Gr. ist eine durch die ganze Natur verbreitete, allen Körpern, nur mehr oder weniger, eigene Kraft. Sie äußert sich an einem Körper dadurch, daß derselbe andere leichte Körper, die ihm genähert werden, an sich ziehet und wieder zurück stößt, oder bei Berührung von solchen, die nicht gleich elektrisch sind (die diese Eigenschaft nicht in einem gleichen Grade besitzen), knisternde Funken von sich giebt. Man hat dieser Kraft den Namen Elektricität gegeben, weil man sie zuerst an dem Bernstein, der Griechisch Elektron heißt, entdeckte. Einige Körper werden durch Reiben elektrisch, pflanzen aber die Elektricität nicht auf andere fort, z. B. Glas, Edelsteine, Harze, Schwefel, Seide; diese nennt man Nichtleiter: andere hingegen werden durch das Reiben zwar nicht elektrisch, nehmen aber die Elektricität von jenen Körpern an, und pflanzen sie auf andere sie berührende fort, z. B. die Metalle, das Wasser; diese heißen Leiter. Noch andere Körper werden durch das Reiben ziemlich elektrisch, und sind dennoch gute Leiter, z. B. troknes Holz, trokne Marmorplatten; und diese nennt man Halbleiter. Will man einen Körper elektrisiren, so bedient man sich einer Elektrisirmaschine, durch welche elektrische Funken hervorgebracht werden, die in einem empfindenden Körper ein unangenehmes Gefühl erregen, und oft den ganzen Körper erschüttern. Von einer solchen Maschine kann man sich nur durch Anschauung eine richtige Vorstellung machen. Die berühmteste in dieser Art ist die Cuthbersonsche in dem Teylerschen Museum zu Haarlem. Durch die Fortschritte in der Lehre von der Elektricität wurde der große Franklin zu einer Theorie der Elektricität (welcher man jedoch viel entgegen gesetzt hat) und zur Erfindung der Blitzableiter geführt. S. d. A. Blitzableiter." In: Brockhaus Conversations-Lexikon Bd. 1. Amsterdam 1809, S. 378-379. Online: http://www.zeno.org/nid/20000749893
- [2] 1835: hat Elektrizität Masse? "Elektricität. Eine eigene, höchst merkwürdige, der Oberfläche der Körper anhängende Kraft, deren Wesen wir, trotz Jahrhunderte langer Forschungen, noch bei Weitem nicht ergründet haben, über welche die jüngste Vergangenheit noch den merkwürdigsten, auf das Eifrigste gesuchtesten, und immer nicht gefundenen Ausschluß geliefert hat, ist die Elektricität […] Um das Wesen der Kraft festzustellen, muß hauptsächlich zweierlei in's Auge gefaßt werden – erstens gibt es ein doppeltes Wesen in der Elektricität – die sogenannte positive und die negative, oder Glas und Harz, Plus- und Minus-Elektricität; zweitens ist die einmal erregte Elektricität sowohl fähig, fortgepflanzt als aufgehalten zu werden, und man theilt alle Körper nach dieser Eigenschaft in fortpflanzende, d. h. Leiter und in nicht leitende, Isolatoren, ein. Diese Begriffe sind durchaus fest zu halten. […] Das gesammte Gebiet der hierher gehörigen Erscheinungen ist trotz aller ' Theorien noch nicht genügend erklärt, man weiß noch immer nicht, ob das, was wir Elektricität nennen, eine Kraft oder eine Materie sei; ihr Gewicht hat sich noch nicht ermitteln lassen – gewiß bleibt aber, daß die Verbreitung der Elektricität allgemein, und daß sie mit den drei andern, auch noch unerforschten Thätigkeiten, mit Wärme, Licht und Magnetismus (welche alle vier man gewöhnlich Unter dem Namen der Imponderabilien oder unwägbaren Stoffe abhandelt), auf das Innigste, und so, daß sie sich wechselseitig ergänzen, verwandt ist." In: Damen Conversations Lexikon, Band 3. [o.O.] 1835, S. 314-318. Online: http://www.zeno.org/nid/2000172679X" Der Artikel ist sehr ausführlich und behandelt noch viele weitere Aspekte. In:
- [3] 1837, vor allem positive und negative: "Elektricität heißt die von Glas, Harz, Schwefel, Siegellack und vielen andern Körpern bekannte Eigenschaft, wenn sie vorher gerieben worden sind, andere in ihre Nähe gebrachte sehr leichte Körperchen, wie z.B. Asche, Papierschnitzel, Hirsenkörner, anzuziehen, kurze Zeit festzuhalten und dann wieder abzustoßen. Der Name rührt von dem griech. Worte »Elektron«, d.h. Bernstein, her, an dem im Alterthum diese Eigenschaft zuerst wahrgenommen wurde, und es heißen deshalb dergleichen Körper im anziehenden Zustande elektrisch. […] Obgleich alle Körper ohne Ausnahme elektrisch zu werden vermögen, wird dies doch nicht bei allen durch Reibung bewirkt, und man unterscheidet daher idioelektrische oder selbstelektrische, an denen durch Reibung ein hoher Grad von Elektricität erzeugt wird, wie die oben schon genannten und trockenes Holz, Wolle, Seide, Wachs u.s.w., und nichtelektrische oder Leiter, welche durch Reiben unter gewöhnlichen Umständen nicht elektrisch werden, allein im hohen Grade die Eigenschaft besitzen, die Elektricität aufzunehmen und durch sich hindurchwirken zu lassen oder zu leiten, wie namentlich Metalle, Wasser und feuchte Luft. […] Durch das Reiben von Glas, Harz u.s.w. an Tuch, Seide oder andern Körpern wird aber nicht blos der geriebene, sondern auch der reibende Körper elektrisch, beide aber auf andere Art, daher man ihre verschiedenen elektrischen Zustände positive und negative Elektricität genannt und für man jedoch beobachtete, daß geriebenes Glas gewöhnlich positive (+ E), geriebenes Harz dagegen negative Elektricität (– E) annimmt, so wird die erstere auch wol die Glaselektricität, die andere Harzelektricität geheißen. Zu ihren einander entgegenstehenden Eigenschaften gehört die etwas verschiedene Empfindung, welche die Funken beider auf dem menschlichen Körper hervorbringen; im Dunkeln zeigt ferner die Spitze eines positiv elektrischen Körpers einen sich ausbreitenden Lichtkegel und an der Spitze eines ihm genäherten Leiters einen leuchtenden Punkt; beide Erscheinungen treten aber bei einem negativ elektrischen Körper grade umgekehrt ein. […] " In: Brockhaus Bilder-Conversations-Lexikon, Band 1. Leipzig 1837., S. 650-651. Online: http://www.zeno.org/nid/20000824143
- [4] 1854, Reibung ist der Kern der Sache: "Elektricität. Wenn man Bernstein an Wolle reibt, so erlangt er die Eigenschaft, nahe, leichte Körperchen, z.B. seine Papierschnitzel, anzuziehen, einige Zeit festzuhalten und dann wieder abzustoßen, was schon den Alten bekannt war. Um das Jahr 1600 fand der Engländer Gilbert, daß noch andere Stoffe durch Reiben diese Eigenschaft erlangen, wie Glas, Harz, Schwefel etc. Ist ein solcher Körper von beträchtlicher Größe und wird er stärker gerieben, so sieht man ihm, wenn man die Fingerspitze ganz nahe bringt, einen knisternden Funken entströmen. Die diesen Erscheinungen zu Grunde liegende Ursache nun nennt man E.," Der Artikel ist insgesamt noch sehr viel länger und geht zum Beispiel ausführlich auf Leiter und Nichtleiter ein. In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1854, Band 2, S. 533-535. Online: http://www.zeno.org/nid/2000331488X
- [5] 1858, erste Erwähnung von Magnetismus: "Elektricität (v. gr. Elektron, Bernstein). Was E. sei, läßt sich nach dem gegenwärtigen Stande der Wissenschaft mit Klarheit nicht sagen, u. obwohl es gelungen ist, die bisher wahrgenommenen Erscheinungen, welche von den Physikern in das Gebiet der E. gerechnet werden, unter sehr einfache Vorstellungen u. durch sehr überschauliche Gesetze zu vereinigen, so ist doch diese Theorie noch nicht abgeschlossen. E. geht immer von der Berührung ungleichartiger Massentheilchen aus. Wo freie, also überhaupt wahrnehmbare E. an einer Stelle angehäuft u. ruhend gedacht werden soll, muß sie sich, wie schwach sie auch sei, immer durch Anziehung od. Abstoßung eines in ihre Nähe gebrachten schweren Körpers äußern können; wo E. in Bewegung gedacht werden soll, gibt sie sich immer durch die Ablenkung einer beweglichen Magnetnadel kund, an der sie vorüberströmt. Wo nicht eine dieser Methoden die Anwesenheit der E. bestätigt, kann man nicht von E. sprechen […]" Der insgesamt sehr ausführliche Artikel geht auch noch auf die Dauer einer elektrischen Entladung (42 Millionstel Sekunde) und die Geschwindigkeit der Fortpflanzung elektrischer Phänome (Größenordnung von Licht) ein. In: Pierer's Universal-Lexikon, Band 5. Altenburg 1858, S. 612-617. http://www.zeno.org/nid/20009849572
- [6] 1906, kann man Elektrizität strafbar entwenden? "Nach § 242 des Strafgesetzbuchs kann nur eine »bewegliche Sache« gestohlen werden, d.h. ein körperliches Ding, das man berühren kann. Früher war deshalb die rechtswidrige Entnahme von elektrischer Energie (s. Energie) aus einer von einem andern betriebenen elektrischen Anlage nicht strafbar. Wohl ist die Energie beweglich und muß z. B. im Falle elektrischer Kraftübertragung über eine Landesgrenze verzollt werden, obschon die Leitungsdrähte sich nicht bewegen; indes ist sie sicher kein Stoff, obschon man von einem elektrischen Strom in der Leitung[664] spricht." Das wird weiter ausführlich besprochen in: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 5. Leipzig 1906, S. 664-665. Online: http://www.zeno.org/nid/20006545572
- [7] 1911, Reibung steht noch immer im Mittelpunkt: "Elektrizität, ursprünglich der Zustand geriebener Körper, in welchem sie leichte Körperchen (Papierschnitzel, Gewebeflocken) anziehen; schon von den Alten am Bernstein (grch. elektron) beobachtet; dann auch diese Anziehungskraft selbst." Der kurze Artikel geht noch auf die Historie und einige besondere Phänomene ein. In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 1. Leipzig 1911., S. 501. Online: http://www.zeno.org/nid/20001075128
