Weiterhin gibt es archäologische Funde, aufgrund derer wir vermuten, dass bereits vor mehr als 2000 Jahren Vorläufer unserer Batterien bekannt waren: Man fand Kupfer- und Zinkstangen in ineinander steckenden porösen Tongefäßen. Neu entdeckt und dann systematisch erforscht und gebaut wurden Batterien allerdings dann ab 1700 zuerst durch den italienischen Wissenschaftler Alessando Volta*.
Die entscheidende Entdeckung allerdings, dass und wie Magnetismus mit Elektrizität zusammenhängen, haben Physiker erst im 18. und 19. Jahrhundert erforscht. Namen wie Ampère*, Faraday*, Oersted, Gauß und Maxwell sind damit verbunden. Viele bezeichnen heute Sir James Clark Maxwell (1831 - 1879) als den 'Giganten' der Physik des 19. Jahrhunderts: Ohne seine Erkenntnisse, die er in nur vier genialen Gleichungen zusammenfasste - sie passen auf die Rückseite einer Visitenkarte! - gäbe es unsere moderne Technik mit elektrischem Licht, Elektromotoren und -generatoren, Funktechnik, Computern ... nicht. Wir hätten wie unsere Vorfahren im 17. und 18. Jahrhundert immer noch Kerzenlicht, kein Radio, kein Fernsehen und keine Computer: Maxwell formulierte hierbei die physikalischen Zusammenhänge ('Feldtheorie'), die den Beobachtungen von Gauß, Faraday und Ampère zugrunde liegen: Sich bewegende (sich ändernde) Magnetfelder erzeugen in Drahtspulen elektrischen Felder (also elektrischen Strom). Umgekehrt bewirken sich ändernde elektrische Felder wiederum Magnetfelder in und um Spulen. Aus seinen Beobachtungen schloss er drüber hinaus - messen konnte man das damals noch nicht - dass sich diese Felder unter bestimmten Bedingungen vom Ort ihres Ursprunges entfernen und 'durch die Welt reisen' konnten: Er sagte die Existenz von elektromagnetischen Wellen - das was wir heute z.B. als 'Funk' kennen - voraus. **
* Von Volta leitet sich die Bezeichnung 'Volt' (V) für elektrische Spannungen, von Ampère die für elektrische Stromstärke 'Ampere' (A) und von Faraday die für Kondensator-Kapazitäten 'Farad' (F) ab.
** Wer mehr darüber wissen will und wer unter einem schlechten Physiklehrer zu leiden hatte, der auch einen schlechten Physiklehrer hatte, dem empfehle ich das Buch 'Es funktioniert' von Walter Lewin. Mit ihm macht es Vergnügen, endlich Physik zu verstehen. Die Vorlesungen dieses Kult-Professors am MIT sind außerdem im Internet nachzuerleben. http://ocw.mit.edu/courses/physics/...
So, genug der Geschichte. Nun zu den Experimenten, die diese Physiker des 19. Jahrhunderts durchführten und die zur Entwicklung eines Großteils unserer modernen Technik führten. Die Experimente im ersten sowie die Spiele (Bauanleitungen) im zweiten Teil des vorliegenden Heftes sind leicht mit Mitteln aus Haushalt, Baumarkt und Elektronik-Handel nachzubauen.
1. Experiment: Magnet + Drahtspule + Bewegung = elektrischer Strom
Für dieses Experiment habe ich im Baumarkt besorgt:
Eine Rolle (Außendurchmesser ca. 25 mm) mit PVC-isoliertem 'Gartendraht' (Länge 50 m, Stärke ohne Isolierung ca. 0.5 mm, elektrischer Gesamtwiderstand 55 Ohm) aufgewickelt auf einem Stück Plastikrohr (Außen-/Innendurchmesser des Rohrs: ca. 10/8 mm). Solche Rollen gibt es für ca. 50 Cent/Rolle.
Bild 2
Einen Schraubenzieher mit passendem Durchmesser zum Einschieben in das Plastikrohr, Prüfschnüre mit Krokoklemmen und starke Magnete hatte ich in meiner Bastelkiste. Ein analoges Batterie-Drehspul-Prüfgerät (gibt es ab ca. 2.50 € in z.B. Baumärkten und Elektronik-Läden) hatte ich ebenfalls bereits.
Bild 3
Als Erstes zerlegte ich das Batterie-Prüfgerät mit 'gelinder' Gewalt, um das Drehspul-Anzeigegerät herauszunehmen (als Batterie-Prüfgerät war es danach nicht mehr zu gebrauchen, wie in den folgenden Bildern zu sehen):
Bild 4
Bild 5
Bild 6
Die Widerstände entfernte ich und lötete statt dessen zwei Krokoklemmen-Prüfschnüre an die beiden Kontakte des Drehspul-Anzeigegerätes:
Bild 7
Bild 8
Bild 9
Nun nahm ich mir die Bindedrahtrolle vor: Ich entfernte an beiden Enden des Drahtes die grüne Isolierung und verband sie über die Krokoklemmen mit dem Drehspul-Anzeigegerät. Dann schob ich den Schraubenzieher in das Plastikrohr.
Bild 10
Wenn ich nun mit einem Magneten über die Spule hin und herfuhr, bewegte sich auch der Zeiger des Anzeigegerätes hin und her: Es floss ein Strom durch die Spule ebenfalls hin und her! Maxwell und Kollegen hatten recht!
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Bild 12
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Bild 14
Bild 15
Dann habe ich mich in mäßige Unkosten gestürzt und ein professionelles Drehspul-Milliamperemeter (ca. 6 €, Elektronikhandel) beschafft, damit das Ganze etwas seriöser aussah:
Bild 16
(Übrigens: Diese Drehspul-Anzeigegeräte bestehen ebenfalls aus einer Spule mit einem Magneten.) Natürlich hätte ich auch mein Multimeter verwenden können - die Show wäre dann aber weniger eindrucksvoll gewesen (Analog-Anzeigen sind für Demonstrationen meist geeigneter als Digitalanzeigen).
Bild 17
Wer es perfekter will, befestigt die Spule auf einem Brettchen:
Bild 18
Für Ausstellungen und zum Bespielen durch Besucher/innen habe ich dann folgende robustere Edel-Vorrichtung gebaut:
Bild 19
Als Anzeigegerät dient hier ein Doppel-Drehspulgerät aus einer ausgedienten Stereo-Anlage (2-Kanal-Lautstärke-Aussteuerung): Mit ihr kann man sowohl die Hin- wie Her-Bewegungen des Magneten/des Stromflusses als Zeigerausschläge mal am rechten und dann am linken Teil der Doppel-Drehspulgerätes sehr auffällig sichtbar machen. (Statt eines Doppel-Drehspulgerätes kann man auch zwei Milliampere-Drehspulgeräte aus dem Elektronikhandel einsetzen.)Material-Bezugsquellen