Michael Faraday

Michael Faraday (1791-1867) wurde in Surrey, heute London, geboren. Seine Familie war arm und gehörte zu einer kleinen christlichen Sekte, den Sandemanians. Dies beeinflusste sein späteres Leben und die Art, wie er die Natur erkundete und interpretierte.

Faraday erfuhr nur eine geringe Schulbildung (Lesen, Schreiben, Rechnen). Früh musste er Geld als Zeitungsausträger verdienen. Mit 14 wurde er Lehrling bei einem Buchbinder. Er nutzte die Gelegenheit, einige der Bücher zu lesen, die zum Binden gebracht wurden. Speziell interessierten ihn Artikel über Elektrizität. Er baute einen einfachen Generator und führte Experimente durch.

Eines Tages bekam Faraday die Gelegenheit chemische Vorträge von Sir Humphry Davy zu besuchen. Er war begeistert und wünschte sich nichts sehnlicher, als selbst Wissenschaftler zu werden.
Er sandte seine Aufzeichnungen der Vortrage an Davy mit einer Bitte um Arbeit, aber er hatte keine Chance. Doch später erinnerte sich Davy an Faraday und dieser wurde sein Laborassistent.

Als Faraday 1812 zu Davy kam, war dieser gerade dabei die Chemie zu revolutionieren. Bisher galt als ein wichtiges Prinzip der Chemie, dass Sauerstoff in jeder Säure enthalten ist. Davy entdeckte nun, dass kochsalzhaltige Säuren nicht Sauerstoff, sondern Chlor als verbrennungsförderndes Element enthalten. Nicht die Anwesenheit eines säurebildenden Elements sei das entscheidende Merkmal einer Säure, sondern der Aufbau des Säuremoleküls selbst. Chemische Eigenschaften sollten nicht nur von der Anwesenheit bestimmter Elemente bestimmt werden, sondern von der Zusammensetzung der Moleküle. Diese Vorstellungen wurden von einer Atomtheorie beeinflusst, die Grundlage für Faradays Ideen über Elektrizität wurde. Atome seien Punkte, die von abwechelnd anziehenden und abstoßenden Kräften umgeben seien. Elemente bestehen aus einzelnen solchen Punkten, Verbindungen aus mehreren. Die Kräfte, die Moleküle zusammenhalten sind so groß, dass sie nur sehr schwer zerbrochen werden können.

Seinen ersten Ruhm erreichte Faraday als Chemiker. 1820 erzeugte er die ersten bekannten chemischen Verbindungen aus Kohlenstoff und Chlor, C₂Cl₆ und C₂Cl₄. 1825 isolierte und beschrieb Faraday Benzol. 1845 entdeckte er den Diamagnetismus, nachdem er ein Glas mit besonders hohem Brechungsindex erzeugt hatte.

Schon 1821 begann Faraday eine Serie von Untersuchungen der Elektrizität und des Magnetismus, die die Physik revolutionieren sollten. 1820 hatte Oersted entdeckt, dass ein Strom durch einen Leiter ein Magnetfeld rund um den Leiter erzeugt. Ampere zeigte, dass die Feldlinien konzentrisch um den Leiter liegen. So eine kreisförmig wirkende Kraft war vorher nie beobachtet worden. Faraday folgerte, dass ein magnetischer Monopol in diesem Magnetfeld rund um den Leiter kreisen würde. Er wies dies mit einer Apparatur nach, die der erste Elektromotor sein sollte.

Faraday wollte nun die Natur der Elektrizität untersuchen. Er war nicht überzeugt, dass Elektrizität eine materielle Flüssigkeit sei, die durch Leiter fließt, wie Wasser durch ein Rohr. Er stellte sich Elektrizität eher als Schwingung oder Kraft vor, die infolge der Spannung in der Stromquelle ausgesendet wird.
In einem Experiment schickte Faraday einen Strahl polarisierten Lichtes durch eine Lösung, um zwischenmolekulare Kräfte nachzuweisen, die durch den Durchgang eines elektrischen Stroms erzeugt werden müssten - ohne Erfolg.

1831 begann Faraday zusammen mit Charles Wheatstone Akustische Phänomene (ebenso Schwingungen) zu untersuchen. Sie ließen Pulver auf Stahlplatten Figuren erzeugen. Dies zeigte, dass dynamische Ursachen statische Effekte erzeugen können, was seiner Meinung nach auch in einem stromdurchflossenen Leiter geschieht. Die Muster bildeten sich sogar schon, wenn eine zweite Platte nur in der Nähe der ersten vibrierte. Diese akustische Induktion führte zu Faradays berühmtesten Experiment.
Um eine Seite eines dicken Eisenrings wand er einen isolierten Draht, der an eine Batterie angeschlossen war. Um die andere Seite wand er einen Draht, der an ein Galvanometer angeschlossen war. Er erwartete, dass, wenn er den Strom kreis schloss, eine "Welle" erzeugt würde, die einen Ausschlag des Galvanometers im zweiten Stromkreis verursachen würde. Seine Erwartung wurde bestätigt, doch, was er nicht erwartete, die Nadel des Galvanomters schlug beim Öffnen des primären Stromkreises zur anderen Seite aus. Irgendwie erzeugte das Öffnen des Primärstromkreises einen gleich großen, aber entgegengesetzten Strom im Sekundärstromkreis. Faraday schlug vor, dass elektrischer Strom das Aufbauen oder Zusammenbrechen eines "elektrotonischen" Zustandes von Teilchen im Draht sein müsse. Er konnte diese Vorstellung nicht experimentell beweisen, hielt aber immer an ihr fest.

1831 versuchte Faraday herauszubekommen, wie ein Induktionsstrom erzeugt wird. Er entdeckte, dass ein Strom in einer Spule erzeugt wurde, wenn er einen Dauermagneten in die Spule schob oder wieder herauszog. Er wusste, dass Magnete von Kräften umgeben sind. Faraday entdeckte, dass die Stärke des Stroms von der Anzahl der Feldlinien abhängt, die vom Leiter in einer Zeiteinheit geschnitten werden. Er erkannte, dass ein kontinuierlicher Strom von einer rotierenden Kupferscheibe zwischen den Polen eines starken Magneten erzeugt werden konnte. Der Strom konnte zwischen dem Rand und dem Zentrum der Kupferscheibe abgegriffen werden. Dies war der erste Dynamo und ein direkter Vorfahr des Elektromotors, wenn man den Effekt umkehrte und mit einem Strom eine Rotation erzeugte.

1839 brach Faraday zusammen. Acht Jahre anhaltender experimenteller und theoretischer Arbeit waren zu viel. In den nächsten sechs Jahren musste er sich schonen. Erst 1845 nahm den den Faden seiner Untersuchungen wieder auf.

Seit Beginn seiner wissenschaftlichen Arbeit glaubte Faraday an die "Einheit der Kräfte der Natur". Alle Kräfte der Natur seien nur Erscheinungen einer universellen Kraft und sollten ineinander umwandelbar sein.

1846 veröffentlichte er einige Spekulationen. Er schlug vor, dass elektrische und magnetische Feldlinien dem Licht als Medium für seine Ausbreitung dienen könnten. Viele Jahre später baute Maxwell seine elektromagnetische Feldtheorie auf dieser Spekulation auf.

In einem Experiment lies Faraday ein linear polarisiertes Lichtbündel durch ein optisches Glas mit hohem Brechungsindex fallen und schaltete einen Elektromagneten so ein, dass die Feldlinien parallel zum Lichtbündel verliefen. Die Polarisationsebene wurde gedreht. Die Ursache sah er zunächst in den Molekülen des Glases. Als er aber die Richtung des Lichtbündels umkehrte, wurde die Polarisationsebene in dieselbe Richtung gedreht. Faraday erkannte, dass die Drehung also vom Magnetfeld verursacht worden sein musste. Dies bestätigte seine Vorstellung von der Einheit aller Kräfte.
Faraday entdeckte auch, dass jede Materie auf magnetische Felder reagiert, aber auf unterschiedliche Weise. Paramagnetische Stoffe wie Eisen, Nickel und Kobalt richten sich im Magnetfeld so aus, dass ihre molekularen Strukturen parallel zu den Feldlinien stehen und sie werden zu Bereichen mit großer Magnetfeldstärke gezogen. Diamagnetische Stoffe richten sich senkrecht zu den Feldlinien aus und werden zu den schwächeren Bereichen gezogen.

1850 hatte Faraday eine völlig neue Vorstellung vom Raum und Kräften entwickelt. Raum ist nicht nur ein Ort, wo sich Gegenstände und Kräfte aufhalten können, sondern ein Medium, dass das Bestreben elektrischer und magnetischer Kräfte unterstützt. Energien sind nicht in den Teilchen konzentriert, aus dehnen unsere Welt besteht, sondern befinden sich in dem sie umgebenden Raum. So war die Feld - Theorie geboren.

Später versuchte Faraday noch Gravitation in eine andere Kraft zu konvertieren, was ihm aber nicht gelang.

1867 starb er in London.