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Inhaltsverzeichnis

Welt der Wellen

ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN: GESCHICHTE UND EIGENSCHAFTEN

DIE QUELLEN DER ELEKTROMAGNETISCHEN WELLEN

ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN ZWISCHEN GEGENWART, ZUKUNFT UND VORSCHRIFTEN

Welt der Wellen

“Welt der Wellen “

Kurzer Essay zur Geschichte und Entstehung elektromagnetischer Wellen

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SIMONE MALACRIDA

ANALYTISCHER INDEX

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KAPITEL 1: „ ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN: GESCHICHTE UND EIGENSCHAFTEN “

Elektrizität und Magnetismus: Geschichte zweier paralleler Wege

Elektromagnetische Wellen und charakteristische Eigenschaften

Erforschung des elektromagnetischen Spektrums

KAPITEL 2: „ DIE QUELLEN DER ELEKTROMAGNETISCHEN WELLEN “

Natürliche Quelle elektromagnetischer Wellen

Künstliche Quellen elektromagnetischer Wellen

Das Radio

Der Fernseher

Satellit und GPS _

Das Handy

Andere künstliche Quellen elektromagnetischer Wellen

KAPITEL 3: „ ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN ZWISCHEN GEGENWART, ZUKUNFT UND REGULIERUNGEN “

Anwendungen neuer Quellen elektromagnetischer Wellen

Der Computer, drahtlose Netzwerke, WiFi und WiMax

Hausautomation, das „intelligente“ Haus und Industrieautomation

Kabelloser Strom

Wie Staaten und internationale Gremien elektromagnetische Emissionen kontrollieren

Überblick über elektromagnetische Wellen und Wechselwirkung mit Materie

KAPITEL 1

ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN: GESCHICHTE UND EIGENSCHAFTEN

ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN: GESCHICHTE UND EIGENSCHAFTEN
 

In diesem ersten Kapitel werden wir in den weiten Raum eintauchen, der durch die Phänomene und Erfindungen dargestellt wird, die zur Entdeckung elektromagnetischer Wellen und verwandter Eigenschaften durch den Menschen geführt haben. Diese Exploration wird unter Verwendung von drei verschiedenen Arten von Routen durchgeführt. Ein erster Rundgang führt uns durch die Mäander der Menschheitsgeschichte und lässt uns erkennen, wie eng wissenschaftliche Entdeckungen und das Leben von Erfindern im Laufe der Jahrhunderte mit dem Verlauf historischer Ereignisse verknüpft sind und wie Orte und Zeiten auch in der Wissenschaft eine grundlegende Bedeutung haben. Eine zweite Reise vermittelt ein Verständnis der Haupteigenschaften elektromagnetischer Wellen und vergleicht dieses physikalische Phänomen mit anderen natürlichen Ereignissen, die als Wellen beschrieben werden können. Schließlich wird eine virtuelle Erkundung des elektromagnetischen Spektrums einen Einblick in die gesamte Breite der Natur dieser speziellen Wellen geben.

––––––––Elektrizität und Magnetismus: Geschichte zweier paralleler Wege–––––––– 

Elektrische und magnetische Phänomene waren dem Urmenschen und den ersten menschlichen Zivilisationen, die Mesopotamien, Ägypten und Persien bevölkerten, unbekannt. Die frühesten Untersuchungen solcher Phänomene gehen auf das antike Griechenland des Philosophen Thales um das 6. Jahrhundert v. Chr. zurück.

Aus den von Thales entdeckten Eigenschaften bestimmter fossiler Harze wie Bernstein, die durch Reiben elektrifiziert wurden, leitete sich der Name Elektrizität ab, den wir alle verwenden, im Altgriechischen wurde Bernstein tatsächlich "Elektron" genannt. Einige spekulieren, dass das klassische Verhalten von Magnetit beim Anziehen von Eisenspänen schon früher in China bekannt war, wo auch der erste rudimentäre Kompass gebaut worden wäre, aber diese Vermutung wird nicht durch archäologische und historische Entdeckungen gestützt. 1936 wurden in der Nähe von Bagdad babylonische Tonkrüge aus etwa dreihundert Jahren vor Christus geborgen, die vielleicht die ersten "Stapel" enthielten, die zur Herstellung von Metallschichten auf verschiedenen Gegenständen verwendet wurden. Jahrhunderte später, im alten Rom des ersten Jahrhunderts n. Chr., beschrieben sowohl Plinius der Ältere als auch Seneca die Eigenschaften von Bernstein und untersuchten die Arten von Blitzen.

Diesen alten Studien folgte mehr als ein Jahrtausend des Schweigens über solche Phänomene, mit Ausnahme des englischen Mönchs Venerable Bede, der um das achte Jahrhundert bernsteinähnliche Eigenschaften in anderen Materialien beschrieb, und Peter Peregrines Studie, in der die Terminologie von Nordpol und Süd Pole wurde zuerst eingeführt und in dem die anziehenden und abstoßenden Eigenschaften von Magneten untersucht wurden.

Die ersten wissenschaftlichen Studien elektrischer und magnetischer Phänomene begannen viel später, nach der wissenschaftlichen und kulturellen Revolution der Renaissance und Kopernikus und nach der Definition und anschließenden Etablierung der modernen wissenschaftlichen Methode, die von Galileo Galilei eingeführt wurde. Übrigens machten dieselben Wissenschaftler, die sich an der Beschreibung solcher Phänomene versuchten, einschließlich Galilei und Newton, grobe Fehler, indem sie die elektrischen und magnetischen Eigenschaften bestimmter Materialien auf seltsame Ausdünstungen oder Luftbewegungen zurückführten. In diesen Jahrhunderten wurden andere Disziplinen wie Mechanik, Hydraulik und Astronomie stärker entwickelt, letztere vor allem dank der Erfindung des Teleskops, das es ermöglichte, Himmelsobjekte viel besser zu visualisieren als mit bloßem Auge. Insbesondere die Optik mit all ihren zugehörigen Phänomenen wurde im 17. Jahrhundert stark entwickelt und untersucht. Viele Eigenschaften der Optik und insbesondere des Lichts würden sich zweihundert Jahre später, in der Mitte des neunzehnten Jahrhunderts, dem großen Jahrhundert der Elektrizität und des Magnetismus, als sehr nützlich erweisen, und deshalb erwähnen wir sie am Anfang.

Eine beträchtliche Menge elektrischer und magnetischer Phänomene wurde im 18. Jahrhundert entdeckt, obwohl diese Erfindungen fast immer voneinander getrennt und ohne einen offensichtlichen logischen Faden blieben, der sie verband. Das Interesse an solchen Phänomenen verbreitete sich auch als Neugierde und als Spiel in den Salons der europäischen Aristokratie und der oberen Mittelschicht des 18. Jahrhunderts, und viele etwas zweideutige Charaktere boten wundersame Heilmethoden an, die auf diesen "paranormalen" Phänomenen basierten.

Es begann zu verstehen, dass sowohl Elektrizität als auch Magnetismus in dem Sinne abstoßend oder anziehend sein können, dass durch die Änderung bestimmter Bedingungen eine Kraft gesehen werden kann, die elektrifizierte Objekte weg oder näher zusammenbewegt. Dies führte zu weiteren Missverständnissen, da die meisten Wissenschaftler anfingen zu glauben, dass es zwei elektrische Flüssigkeiten gibt, eine „glasig“ bedeutet positiv geladen und eine „harzig“ bedeutet negativ geladen. Die Namen glasig und harzig beziehen sich auf das unterschiedliche Verhalten von Glas und Harzen, einschließlich Bernstein, wenn sie durch Reiben elektrisiert werden. Mitte des 18. Jahrhunderts entwarf der Amerikaner Benjamin Franklin auf der Grundlage einiger korrekter Beobachtungen elektrischer Phänomene den ersten Blitzableiter, und die ersten Installationen gingen nur sechs Jahre nach dem ersten erfolgreichen Experiment in Betrieb. Gegen Ende des Jahrhunderts baute der französische Wissenschaftler Charles de Coulomb eine spezielle Waage, mit der er die Kraft elektrischer Phänomene messen konnte, und beschrieb dieses Phänomen mathematisch mit dem Gesetz, das noch heute seinen Namen trägt und dessen Grundlage zugrunde liegt das Studium der Elektrizität.

Es waren jedoch zwei italienische Wissenschaftler, Luigi Galvani und Alessandro Volta, die der Erforschung der Elektrizität einen endgültigen wissenschaftlichen Durchbruch verschafften und ganz neue Anwendungsgebiete erschlossen. Galvani beobachtete Muskelkontraktionen in den Beinen eines Frosches in Kontakt mit einem Metallleiter und vermutete das Vorhandensein tierischer Elektrizität. Obwohl er im Unrecht war, gaben Galvanis Studien der Physiologie und biologischen Anwendung elektrischer Manifestationen große Impulse.

Galvanis Beobachtungen über das Verhalten des Frosches, der der Einwirkung von Elektrizität ausgesetzt war, veranlassten Volta, zu experimentieren und die erste echte Batterie in der Geschichte der Menschheit zu bauen.

Volta hatte schon immer eine Leidenschaft für das Studium der Elektrizität und all dieser seltsamen Welt, wie das Erlernen dieser Disziplinen zu dieser Zeit erscheinen konnte. Er studierte die Chemie von Gasen und ihre Verbrennung durch elektrische Funken und entdeckte als erster die Existenz von Methan. Als Galvani seine Studien veröffentlichte, verstand Volta, dass Elektrizität nicht von dem Tier (dem fraglichen Frosch) abhing, sondern von dem Metallleiter, insbesondere dem verwendeten Metallleiterpaar. Um dies zu demonstrieren, führte er Experimente mit Zink und Silber durch, die er als das effektivste Paar unterschiedlicher Metalle identifiziert hatte, und konstruierte zwei verschiedene Stücke dieser Metalle, die in mit Salzlake gefüllte Becher eingeführt wurden.

Volta hatte die erste elektrische Batterie konstruiert, in der Zink und Silber die positiven und negativen Elektroden darstellten und Sole die Salzlösung darstellte, die benötigt wird, um den Mechanismus zur Stromerzeugung auszulösen. Mit dieser Apparatur demonstrierte Volta den seitdem „Volta-Effekt“ genannten Effekt und leitete drei Grundgesetze der Elektrizität ab. Darüber hinaus lieferte er einen eindeutigen Beweis für die Natur des elektrischen Stroms, der als Strom elektrisch "geladener" Teilchen angesehen wird, die zwischen einem Material und einem anderen fließen.

Die Präsentation seiner Erfindung vor Napoleon Bonaparte, dem damals mächtigsten und reichsten Mann Europas, wenn nicht der ganzen Welt, erregte großes Aufsehen und verschaffte dem Wissenschaftler großen Ruhm und Bekanntheit sowie erhebliche finanzielle Mittel 1810 proklamierte ihn der Kaiser selbst zum Grafen.

Mit Voltas Studien traten Elektrizität und Magnetismus kraftvoll in die Wissenschafts- und Gesellschaftsgeschichte des 19. Jahrhunderts ein. In nur achtzig Jahren würde das vollständige theoretische Verständnis dieser wissenschaftlichen Ereignisse erreicht werden, nicht ohne Überraschungen und mit Ergebnissen, die ganz anders waren, als sich Wissenschaftler aller Zeiten vorgestellt hatten, und interessante und ungeahnte Leistungsfelder für die Gemeinschaft und Technologie eröffnen würden.

Nur zwei Jahre nach Voltas Experiment zum Betrieb der ersten Batterie beobachtete ein anderer italienischer Wissenschaftler, Gian Domenico Romagnosi, ein seltsames Verhalten von elektrischem Strom und Magnetismus, das die beiden physikalischen Phänomene zu korrelieren schien. Dies war die erste Beobachtung, die auf sehr beschwerlichem Weg die Annäherung zweier Realitäten ermöglichte, die bis dahin als völlig unterschiedlich betrachtet wurden und in der Geschichte des Wissens parallele Wege gegangen waren. Leider wurden die Studien von Romagnosi von der damaligen wissenschaftlichen Gemeinschaft abgelehnt, und der italienische Wissenschaftler selbst wurde von praktisch allen europäischen Universitäten ignoriert.

Romagnosis Experiment musste zwanzig Jahre warten, bis es repliziert und dieses Mal als wahr über das gegenseitige Verhalten von Elektrizität und Magnetismus anerkannt wurde. Hans Christian Oersted, ein bekannter dänischer akademischer Professor mit umfangreichen Studien zur Elektrizität, entdeckte 1820 fast zufällig den Einfluss, den ein elektrischer Strom auf die Nadel eines Magnetkompasses haben kann. Als er Material für eine Universitätsvorlesung vorbereitete, landete ein Kompass in der Nähe eines Stromkabels, in dem Strom floss, und Oersted sah, dass sich die Kompassnadel plötzlich bewegte. Als er das Experiment wiederholte, entdeckte er, dass die Magnetnadel ohne Strom die klassische Nord-Süd-Richtung richtig markierte, während die Nadel bei Vorhandensein von elektrischem Strom im Draht vollständig von dieser Richtung abwich, bis sie sogar senkrecht stand, wenn der Strom stark genug war.

Oersted hatte erstmals gezeigt, dass Elektrizität das magnetische Verhalten von Materialien beeinflusst und einen ersten Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen hergestellt.

Anfang September 1820 kündigte er seine Studien der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft an, ohne im geringsten zu ahnen, was in der folgenden Woche passieren würde. Tatsächlich scheint es in der Wissenschaft und in vielerlei Hinsicht in der Geschichte Zeiten zu geben, in denen das, was Jahrhunderte oder Jahrtausende lang inaktiv war, plötzlich wiederbelebt wird und in einer kurzen Phase unvorstellbare Fortschritte gemacht werden. Was Oersted nicht wissen konnte, war, dass sein Schreiben einen der eifrigsten wissenschaftlichen Köpfe der damaligen Zeit wiedererweckte – André-Marie Ampére.

Ampére war bereits 45 Jahre alt und hatte sich längst von führenden wissenschaftlichen Studien und Grundlagenforschung entfernt. Als Wunderkind vor der Französischen Revolution verfügte er bereits mit 18

Impressum

Verlag: BookRix GmbH & Co. KG

Tag der Veröffentlichung: 27.04.2023
ISBN: 978-3-7554-4069-7

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