Sowohl Elektrizität als auch Magnetismus gehören zu den Themen, die die Dynamik der modernen Physik geprägt haben. Wir werden einen Blick auf einige der Prinzipien hinter diesen beiden Themen werfen, ihre Entwicklungsgeschichte und wie sie miteinander in Beziehung stehen.
Was ist Elektrizität?
Ganz allgemein kann man Elektrizität als ein Bündel von geladenen Teilchen definieren, die sich in ständiger Bewegung befinden. Um besser zu verstehen, was Strom ist, müssen wir seine grundlegenden Funktionsprinzipien gut kennen.
Die Materie besteht im Wesentlichen aus Molekülen, die im Grunde aus vielen Atomen bestehen. Jedes Atom enthält in seiner Grundstruktur Protonen (positive Ladungen), Elektronen (negative Ladungen) und Neutronen (neutrale Ladungen).
Ausgehend von dieser Definition können wir Elektrizität entweder in statischer oder in dynamischer Form haben. Wie der Name schon sagt, bedeutet statisch einfach, dass die Elektronen an diesem Punkt unbeweglich sind.
Das bedeutet, dass sich die elektrische Ladung an einem bestimmten Ort angesammelt hat, ohne dass Strom fließt.
Was ist Magnetismus?
Magnetismus kann als die Kraft definiert werden, die die magnetische Werkstoffe sich entweder gegenseitig anziehen oder abstoßen. Diese Kraft wird durch die Bewegung von Ladungen im Inneren des Magneten hervorgerufen.
Elektrizität und Magnetismus im Vergleich
Elektrizität und Magnetismus können als die beiden Hauptaspekte der Elektromagnetismus. Wir können die Bedeutung des Elektromagnetismus einfach als die elektromagnetische Kraft zwischen elektrisch geladenen Teilchen aufschlüsseln.
Diese Kraft bindet die Elektronen im Inneren eines Moleküls an seinen Kern und verbessert so seine Struktur.
Geschichte der Elektrizität und des Magnetismus
Elektrizität und Magnetismus wurden zunächst als zwei völlig unterschiedliche und einzigartige Szenarien betrachtet. Nachdem das 19.th Jahrhundert entdeckte man, dass sie miteinander verbunden sind und das bilden, was man eindeutig Elektromagnetismus nennt.
Wir können die Beginn von Elektrizität und Magnetismus zu den alten griechischen Jahren der Antike. Dies war, wenn ein besseres Verständnis der Theorie für die beiden zu bekommen, mussten Sie antike Maßnahmen anzuwenden.
Verschiedene Forscher haben im Rahmen der 18th Jahrhundert bis zum 19.th Jahrhundert, die unser Verständnis davon geprägt haben. Zu diesen Forschern und Wissenschaftlern gehören unter anderem Michael Faraday, August Coulomb und Benjamin Franklin.
Auf der Grundlage dieser alten Geschichte haben wir Pioniere wie William Gilbert (1540-1603), der das Konzept des Magnetismus einführte. Berühmt als "Der Galilei des Magnetismus"Er entdeckte und veröffentlichte schließlich die Tatsache, dass ein Magnet zwei Pole hat.
Charles Francois Du Fay (1698-1739) machte ebenfalls eine große Entdeckung. Er erkannte, dass durch das Reiben zweier Objekte aneinander eine Art elektrischer Ladung entsteht.
Und dann ist da noch Benjamin Franklin (1706-1790), der den Blitzableiter erfand, nachdem er sich irrtümlich einen Schock versetzt hatte. Dieser basierte auf seiner Theorie einer scharfen Eisennadel auf einer Metallkugel, die dazu neigte, Elektrizität von der Kugel abzuleiten.
Auch Charles August Coulomb (1763-1806) hat die Theorie des Torsionsgleichgewichts entwickelt. Daraus entwickelte er Coulombssches Gesetz die besagt, dass jede elektrostatische Kraft zwischen zwei geladenen Objekten proportional zur Ladung ist.
Ein dänischer Physiker namens Hans Christian Oersted (1777-1851), der entdeckte, dass Magnetfelder durch Elektrizität erzeugt werden können. Seine Theorie bewies, dass ein elektrischer Strom in einem leitenden Draht in der Lage ist, eine magnetisierte Nadel abzulenken.
Ein weiterer großer Wissenschaftler in der Geschichte der Elektrizität und des Magnetismus ist Michael Faraday. Er entdeckte 1831 die magnetische Induktion, d. h. die Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft durch die Wechselwirkung zwischen einem Stromkreis und einem Magnetfeld.
Antike Geschichte des Elektromagnetismus
Die früheste Entdeckung des Magnetismus können wir den Griechen zuschreiben, die die Anziehungskräfte von Kautschukbernstein und Magnetit genau kannten. Bereits um 800 v. Chr. bauten die Griechen Magnetit in Thessalien, in der Provinz Magnesia.
Der Grieche Thales von Milet gilt als der erste, der mit dem Studium der magnetischen Kräfte begann. Er entdeckte bei seiner Suche zwei Dinge. Erstens, dass Magnetit die Fähigkeit hat, Eisen anzuziehen.
Zweitens rieb er ein fossiles Baumharz namens Bernstein, und das Ergebnis war, dass es Materialien mit einem geringen Gewicht anzieht. Es ist allgemein bekannt, dass das Wort Magnet vom Namen der Provinz Magnesia in Griechenland stammt.
Die allererste bekannte Anwendung in der Antike war der Magnetkompass. Es heißt, dass er in China um das 26.th Jahrhundert vor Christus, aber das ist nur die Meinung einiger Historiker.
Andere Historiker gehen davon aus, dass entweder die Araber oder die Italiener die Technologie erfunden haben und sie um das Jahr 13 mit China geteilt haben.th Jahrhundert. Peter Peregrinus aus Frankreich ist derjenige, der das erste elektromagnetische Experiment durchgeführt hat.
Er führte Experimente mit Lodestone durch und entdeckte die Nord- und Südseite eines Magneten und nannte sie Pole. Er fand außerdem heraus, dass jedes Stück eines Magneten, das er in Stücke schneidet, immer noch zwei Pole hat.
Die Entdeckung des Elektromagnetismus
Für ein Konzept, das schließlich die ganze Welt revolutionieren wird, ist es sehr merkwürdig, dass der Elektromagnetismus zufällig entdeckt wurde. Hans Christian Oersted war ein dänischer Wissenschaftler, der es einigen Studenten in einem Labor demonstrierte.
Er versuchte zu beweisen, dass es keinen Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus gibt. Zur Demonstration legte er einen leitenden Draht neben einen Kompass und ließ einen Strom durch ihn fließen.
Der Kompass hat eine magnetische Nadel, und man erwartete, dass sich die Nadel nicht bewegen würde. Die Nadel behielt beim Durchleiten des Stroms auf dem Draht die Richtung zum magnetischen Norden der Erde bei.
Als er den Beweis erbracht hatte, nahm einer der Studenten den Draht und legte ihn in eine andere Richtung neben den Kompass. Im Gegensatz zu dem, was Oersted glaubte, zeigte die Kompassnadel in Richtung des Drahtes und nicht mehr auf den Norden der Erde.
Um diese Beobachtung zu bestätigen, schaltete er den Strom auf dem Draht ab, um den Effekt zu sehen, und die Nadel zeigte wieder auf den Norden der Erde. Oersted entdeckte hier, dass ein Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt werden kann.
Die Stärke des erzeugten Magnetfeldes reichte aus, um die Magnetnadel des Kompasses zu ziehen. Auf diese Weise wurde der Elektromagnetismus entdeckt, und seine Entwicklung hat die moderne Physik und Erfindungen stark beeinflusst.
Elektrizität und Magnetismus - Zeitleisten von der Entstehung bis zur Gegenwart
Wir können einige der wichtigsten Entwicklungen der Elektrizität und des Magnetismus Jahr für Jahr aufzeigen. Das bedeutet, dass wir von ihrer Entdeckung bis zur heutigen Technologie beginnen müssen.
Um 600 v. Chr. wurden von griechischen Philosophen Lodeste entdeckt und ihre magnetischen Eigenschaften definiert. Etwa zur gleichen Zeit entdeckten sie ein Mineral namens Bernstein, das die Fähigkeit hat, leichte Materialien anzuziehen, wenn man sie reibt.
Im gleichen Zeitraum wurden drei Möglichkeiten der Stromerzeugung entdeckt, nämlich durch elektromagnetische Induktionstatisch oder elektrochemisch. Dies geschah, nachdem Dr. William Gilbert über die Reaktionen von Magneten und Bernstein geforscht hatte.
Die Funktionsweise eines Kompasses wurde später zwischen 1100 und 1200 v. Chr. erfunden. Etwa zur gleichen Zeit wurden der schwimmende Kompass und ein anderer mit einem Drehpunkt entdeckt.
Dank der Entdeckung von William Gilbert (1544-1603) um das 16. Jahrhundert herum wurden weitere elektrische Substanzen entdeckt.th Jahrhundert. Hier entdeckte man glasigen und harzigen Strom, als Bernstein mit verschiedenen Materialien gerieben wurde.
Ein deutscher Erfinder und Wissenschaftler namens Otto von Guericke erfand einen Generator für statische Elektrizität, eine Maschine, die statische Elektrizität erzeugt. Dies geschah um 1660 nach Christus.
Im Jahr 1729 stellte Stephen Gray die Theorie der Leiter und Nichtleiter auf. Er entdeckte, dass ein geladener Körper elektrischen Strom an einen anderen nicht geladenen Körper weitergeben kann, wenn er in Kontakt kommt.
Dies führte zur Entdeckung der Anziehung und Abstoßung von elektrischen Körpern. Diese beiden Arten von Elektrizität wurden von Gowen Knight im Jahr 1734 entdeckt.
Nach der Entdeckung der natürlichen Magnete begann Gowen Knight 1740 mit der Herstellung künstlicher Magnete. Diese Art von Magneten für die kommerzielle Nutzung war vor allem für Hochseenavigatoren und naturwissenschaftliche Forscher sehr wichtig.
Dann kamen die elektrischen Kondensatoren, die von Pieter van Musschenbroek zusammen mit Ewald von Kleist aus den Niederlanden bzw. Pommern erfunden wurden. Das war im Jahr 1745, und das Konzept dahinter war, dass eine elektrische Ladung vorübergehend gespeichert werden konnte.
Ausgehend von dieser Ladungserhaltung entdeckte der Amerikaner Benjamin Franklin 1747, dass es zwei Arten von gespeicherten Ladungen gibt. Die elektrischen Kräfte sind entweder abstoßend oder anziehend und werden durch ein positives (+) oder ein negatives (-) Zeichen symbolisiert.
Die erste elektrische Batterie wurde später von Alessandro Volta erfunden, der entdeckte, dass Feuchtigkeit zwischen zwei elektrischen Platten Strom erzeugen kann. Er bestätigte, dass man mit einem leitenden Draht Strom von einem Punkt zu einem anderen übertragen kann.
Die Entdeckung des Stroms erfolgte um 1820 durch Andre Marie Ampere, der die Gesetze zu den Magnetfeldern und deren Beziehung zum Strom aufstellte. Dieser Strom wird in Ampere gemessen und ist das, was Magnetismus und Elektrizität im Grunde miteinander verbindet, weil der Magnetismus aus ihm entsteht.
Michael Fraday (1791-1867) entdeckte 1855 die elektromagnetische Induktion, die zu den besten Entdeckungen auf dem Gebiet der Elektromagnetik gehörte. Er begründete dies damit, dass Magnetismus auf die gleiche Weise Elektrizität erzeugen kann wie Magnetismus Elektrizität erzeugen kann.
Obwohl sie starke Ströme benötigten, wurden 1860 von Sir Humphrey Davey Bogenlampen entdeckt, obwohl große Batterien verwendet wurden. Sobald zwei Kohlestäbe aufeinander ausgerichtet sind und mit Hilfe von Strom in dieser Position gehalten werden, entsteht eine brillante Glühkraft.
Während mit Gleichstrommotoren noch experimentiert wurde, baute Pacinotti 1860 einen Motor mit einer ringgewickelten Armatur. Im Jahr 1871 entwickelte Zenobe Theophile Gramme Pacinottis Konzept weiter und stellte einen kommerziell nutzbaren Motor her.
Als Ersatz für die zur Straßenbeleuchtung verwendeten Bogenlampen wurde 1871 die Konstantstrombeleuchtung entdeckt, die eine konstante Stromversorgung benötigte. So wurde der Gleichstromgenerator erfunden, der die Geburtsstunde der Stromindustrie einläutete.
Das Genie, das für die Erfindung des Wechselstromsystems verantwortlich ist, ist ein Serbe namens Nikola Tesla im Jahr 1883. Da es nicht möglich war, Gleichstrom über große Entfernungen zu übertragen, experimentierte Tesla mit dem rotierenden Magnetfeld von Gleichstromgeneratoren.
George Washington machte sich Teslas Erfindung zunutze und begann 1886 mit der Erzeugung des ersten Wechselstroms. Der Strom wurde nur für die Beleuchtung verwendet, da kein Wechselstrommotor für andere Zwecke zur Verfügung stand.
Von da an gab es rasante Entwicklungen wie den Kernspaltungsreaktor von Otto Hahn im Jahr 1890 und den elektronischen Verstärker im Jahr 1906 von Lee De Forest. Weitere Entdeckungen in dieser Zeit waren Kobaltstahlmagnete im Jahr 1917 von Honda und Takai und kommerzielle Stahlmagnete im Jahr 1919.
FM-Radios kamen 1920 dank Edwin Armstrong auf, gefolgt von den Alnico-Magneten, die 1930 von Mishima erfunden wurden und aus Eisen, Nickel und Aluminium bestehen. Es folgten 1950 die Transistoren von William Shockley und 1952 die Keramikmagnete der Firma Phillips.
Eine weitere großartige Erfindung für die moderne Elektronik ist der 1953 von Jack Kilby erfundene integrierte Schaltkreis. Seltene Erdmagnete wie Samarium-Kobalt wurden 1966 von Dr. Karl Strnat entdeckt und enthalten sehr hohe Energieniveaus.
Später kamen hochenergetische elektromagnetische Produkte wie Neodym-Eisen-Bor auf den Markt. Solche Hochenergieverbindungen wurden 1983 von General Motors entwickelt. Von da an wurden diese bestehenden Technologien weiterentwickelt und weitgehend verändert.
Anwendungen des Elektromagnetismus
Durch den Elektromagnetismus finden Elektrizität und Magnete ihren Weg in unser tägliches Leben. Ihre Anwendungen sind breit gefächert und umfassen sehr viele Bereiche, darunter:
- Stromgeneratoren und Transformatoren
- Gesundheitsindustrie in MRT-Geräten
- Steuerventile, Industrierelais und elektromechanische Magnetspulen
- Elektrische Glocken und elektronische Buzzer
- Labor-Massenspektrometer
- Magnetische Schlösser und Magnetabscheider
- Haushaltsgeräte wie elektrische Ventilatoren und Kühlsysteme
- Sensoren und Aktoren
- Magnetschwebebahnen
Schlussfolgerung
Kurz gesagt, die Vorteile der Elektrizität und des Magnetismus, die wir heute erleben, haben einen langen Weg hinter sich. Es gab eine Reihe von Innovationen, die darauf abzielten, bessere Geräte zu haben, die mit höherer Effizienz besser funktionieren.
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