9 Michael Faraday, der Namensgeber der Kapazitätseinheit

Die internationale Einheit der elektrischen Kapazität ist das Farad. Diese Einheit mit dem Einheitenzeichen F ist festgelegt als die Kapazität eines Kondensators, der bei Anschluß an eine Gleichspannung von 1 Volt (V) eine elektrische Ladungsmenge von i Coulomb (C) speichert (Bild 27):

Formel

Damit ist die Einheit der Kapazität eine von den Einheiten Ampere (A), Sekunde (s) und Volt (V) abgeleitete Einheit des Internationalen Einheitensystems, wobei die Einheiten Ampere (A) und Sekunde (s) Basiseinheiten sind und die Einheit Volt (V) bereits eine von den Einheiten Ampere (A), Kilogramm (kg), Meter (m) und Sekunde (s) mehrfach abgeleitete Einheit darstellt.

Festlegung der SI-Einheit der elektrischen Kapazität

Bild 27: Festlegung der SI-Einheit der elektrischen Kapazität

Der Sl Einheit der elektrischen Kapazität hat man zu Ehren des englischen Naturwissenschaftlers Michael Faraday (Bild 28) den besonderen Namen Farad gegeben. Michael Faraday wurde am 22. September 1791 in Newington Butts bei London (England) geboren. Seine Berufslaufbahn begann er als Laufbursche, bevor er dann das Buch binderhandwerk erlernte. Im Jahre 1813 kam er als Gehilfe in die Laboratorien der Royal Institution in London. 1824 wurde Faraday Mitglied der Royal Society. Seine besonderen Fähigkeiten ermöglichen ihm, daß er als Autodidakt 1825 der Nachfolger von Sir Humphrey Davy (1772-1829) als Direktor der Laboratorien wurde. 1827 wurde er außerdem Professor der Chemie an der Royal Institution.

Ab 1818 entwickelte er in den Laboratorien der Royal Institution rostfreie Stahllegierungen. Es gelang ihm erstmalig die Verflüssigung von Chlor und anderen Gasen unter Druck. Im Jahre 1825 fand Faraday bei Olanalysen das Benzol.

Sein wichtigstes Forschungsgebiet blieb jedoch nicht die Chemie, sondern wurde vielmehr die Elektrizität. Die interessante Entdeckung des dänischen Physikers Hans Christian Oersted (1771 1851), daß ein stromdurchflossener elektrischer Leiter von einem Magnetfeld umgeben ist und eine Magnetnadel ablenken kann, begeisterte ihn. Anknüpfend an diese Entdeckung stellte er sich die Aufgabe, Elektrizität mit Hilfe von Magnetismus zu erzeugen. Nachdem elektrischer Strom ein magnetisches Feld hervorrufen konnte, war die Problemstellung naheliegend. Er experimentierte deshalb mit Spulen, Eisenstäben und Dauermagneten, um der Frage nach der Umkehrung der Erscheinung des Elektromagnetismus nachzugehen.

Am 29. August 1831 entdeckte Michael Faraday die elektromagnetische Induktion. Folgende Erkenntnisse hatte er aus seinen Versuchsreihen gewonnen: Bewegt sich ein elektrischer Leiter quer zu einem Magnetfeld, so wird in dem Leiter eine elektrische Spannung induziert. Damit war der schon lange vermutete Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität experimentell nachgewiesen.

Faraday baute auch einen kleinen Generator. Im Magnetfeld zwischen den Polen eines starken Hufeisenmagneten ließ er eine Kupferscheibe von 30 cm Durchmesser rotieren. Über zwei Federn, die am Rande auf der Scheibenachse schliffen, konnte die Induktionsspannung abgegriffen werden (Bild 29).

Michael Faraday (1791-1867)

Bild 28: Michael Faraday (1791-1867)

Mit der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion waren die Grundvoraussetzungen für den Bau von Generatoren geschaffen. Michael Faraday wandte sich jedoch nicht der Konstruktion von elektrischen Maschinen zu, sondern beschäftigte sich weiter mit theoretischen Aufgaben. Er fand die gesetzmäßigen Beziehungen zwischen den magnetischen und elektrischen Größen heraus und stellte schließlich das Gesetz der elektromagnetischen Induktion auf, welches in seiner allgemeinen Form jedoch erst später von dem englischen Physiker James Clerk Maxwell (1831 1879) formuliert wurde. Es besagt, daß die in einer Spule induzierte Spannung proportional der Windungszahl und proportional der magnetischen Flußänderung je Zeiteinheit ist (Bild 30).

Neben der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion stellte Michael Faraday im Jahre 1833 die nach ihm benannten zwei Gesetze der Elektrolyse auf (Bild 31).

Magnetsystem mit Kupferscheibe

Bild 29: Magnetsystem mit Kupferscheibe, mit dem Michael Faraday 1831 die elektromagnetische Induktion nachweisen konnte

Das 1. Faradaysche Gesetz besagt, daß bei elektrochemischen Vorgängen mit gleichen Elektrolyten die abgeschiedene Stoffmenge proportional der Stromstärke und proportional der Zeitdauer ist. Aufgrund der unterschiedlichen Stoffabscheid ung verschiedener Elektrolyte wurden diesen Stoffkonstanten zugeordnet, die man als elektrochemische Äquivalente bezeichnete.

Spannungsinduktion in einer Spule

Bild 30: Spannungsinduktion in einer Spule bei einer Änderung des magnetischen Flusses

Faradays 2. Gesetz beinhaltet, daß bei verschiedenen Elektrolyten sich die elektrochemischen Äquivalente zueinander verhalten wie Aq uivalentgewichte der Stoffe, wobei darunter die Quotienten aus den Molekulargewichten und den Wertigkeiten zu verstehen sind.

Faraday entdeckte außerdem im Jahre 1845 die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes im magnetischen Feld, wodurch die Konstruktion von Verschlüssen für Fotoapparate mit extrem kurzen Belichtungszeiten ermöglicht wurde. Auch geht auf ihn der Faradaysche Käfig zurück, mit dem ein Raum gegen jegliche elektrische Einflüsse von außen abgeschirmt werden kann. Ferner verdanken wir ihm die Begriffe Feld, Feldlinie, Anode, Kathode, Elektrolyse, Elektrolyt u. a., die er für seine Nachwelt prägte.

Nach einem arbeitsreichen Leben starb Michael Faraday am 25. August 1867 im 76. Lebensjahr in Hampton Court bei London. Die Leistungen von Faraday verdienen den uneingeschränkten Respekt, wenn man bedenkt, daß auch moderne Generatoren mit gewaltigen Abmessungen und großen Leistungen, die uns in Kraftwerken einen Großteil des heutigen elektrischen Energiebedarfes für Haushalt, Handwerk, Industrie und Verkehr liefern, in der Wirkungsweise noch immer auf dem gleichen physikalischen Prinzip beruhen, das dieser Pionier der Elektrotechnik vor ca. 150 Jahren entdeckte.

Faradaysche Gesetze

Bild 31: Faradaysche Gesetze