Wissenschaft & Technik · 1800-heute

Die Elektrizität

1800 bis heute

Volta, Faraday, Edison, Tesla — die Energie, die alles veränderte.

Die Elektrizität ist die zweite große technische Revolution der Neuzeit — nach der Dampfmaschine. Sie veränderte das Leben grundlegender als alle Erfindungen davor: Plötzlich war es nachts hell. Plötzlich konnte Energie unsichtbar durch Drähte fließen. Plötzlich sprachen Menschen über Kontinente. Die Elektrifizierung der Welt zwischen 1880 und 1930 ist eine der größten Veränderungen der Menschheitsgeschichte.

Antike Vorahnungen

~600 v. Chr.: Thales von Milet beobachtet Reibungselektrizität an Bernstein
"Elektron" griechisch für Bernstein
Antike kennt Blitze als Erscheinung
Aber: keine systematische Erforschung

Frühe Neuzeit

1600: William Gilbert "De Magnete"
Unterscheidet Elektrizität und Magnetismus
1660: Otto von Guericke baut Reibungselektrisiermaschine
1745/46: Leidener Flasche — erste Kondensator
Funken kommen!
1752: Benjamin Franklin — Drachenversuch im Gewitter
Blitzableiter erfunden
Erkennt: Blitze sind Elektrizität

Galvani und Volta

1780: Luigi Galvani beobachtet Froschschenkel-Zucken
"Tierische Elektrizität" vermutet
1800: Alessandro Volta widerlegt — baut "Volta sche Säule"
Erste Batterie
Stetiger elektrischer Strom verfügbar
"Volt" als Einheit nach ihm
Revolutionierte Forschung

Wissenschaftliche Erforschung 19. Jh.

1820: Hans Christian Ørsted — elektrischer Strom erzeugt Magnetfeld
1820: André-Marie Ampère — quantitative Gesetze (Ampere-Einheit)
1827: Georg Simon Ohm — Ohmsches Gesetz (U = R × I)
1831: Michael Faraday — elektromagnetische Induktion
Grundlage für Generator
1864: James Clerk Maxwell — Maxwell-Gleichungen
Vereint Elektrizität, Magnetismus und Licht
Theoretische Vollendung

Erste Anwendungen

1809: Humphry Davy — Bogenlampe
1837: Telegraf (Samuel Morse)
1858: erstes Transatlantikkabel (kurz funktionsfähig)
1866: dauerhaft funktionierendes Transatlantikkabel
1876: Alexander Graham Bell — Telefon
1877: Edison — Phonograph
1879: Thomas Edison — Glühlampe (langlebige Version)

Glühlampe

Mehrere Erfinder parallel
Joseph Swan in England (1878)
Thomas Edison in USA (1879) — kommerzieller Durchbruch
Kohle-Filament zunächst
Wolfram-Filament später (länger haltbar)
Schlagartig: Nacht wird hell
Städte werden elektrifiziert

Stromkrieg

1880er-1890er
Edison propagiert Gleichstrom (DC)
Nikola Tesla und George Westinghouse: Wechselstrom (AC)
Wechselstrom transportiert besser über große Entfernungen
Edison kämpft schmutzig (Hinrichtung mit AC, "elektrocution")
1893: Wechselstrom gewinnt — Weltausstellung Chicago
1895: Niagara-Kraftwerk in AC
Bis heute Wechselstrom Standard

Erste Stromkraftwerke

1881: erstes öffentliches Kraftwerk (Godalming, England)
1882: Edisons Pearl Street Station, New York
1882: Berlin, erstes deutsches Kraftwerk
1891: erste Hochspannungs-Fernübertragung Lauffen-Frankfurt (175 km, Drehstrom)
Hydroelektrische Kraftwerke (Niagara 1895)
Kohlekraftwerke dominieren

Elektromotor

1834: Moritz Hermann Jacobi baut ersten brauchbaren Elektromotor
1879: Werner von Siemens stellt erste elektrische Lokomotive vor (Berliner Gewerbeausstellung)
1881: erste elektrische Straßenbahn (Lichterfelde bei Berlin)
1888: Tesla Wechselstrom-Asynchronmotor
Industrie wird elektrifiziert
Effizienter und sauberer als Dampf

Elektrifizierung der Städte

1880er-1920er Massenelektrifizierung
Erst Straßenbeleuchtung, dann Haushalte
Berlin, London, Paris, New York Vorreiter
Bis 1930: meiste europäische Städte elektrifiziert
Auf dem Land: erst nach 1945 vollständig
Russland: Stalin-Slogan "Sozialismus = Sowjetmacht + Elektrifizierung"
USA: Tennessee Valley Authority unter Roosevelt (1933)

Erfinder und Konstrukteure

Werner von Siemens (Dynamo 1866)
Thomas Edison (~1.000 Patente)
Nikola Tesla (Wechselstrom, Tesla-Spule)
George Westinghouse
Heinrich Hertz (entdeckt elektromagnetische Wellen 1887)
Guglielmo Marconi (drahtloser Telegraf)
Lee de Forest (Vakuumröhre)
Karl Ferdinand Braun (Halbleiter, Kathodenstrahlröhre)

Werner von Siemens

1816-1892
Gründet Telegraphen-Bauanstalt 1847 (heute Siemens AG)
Dynamomaschine 1866
Pionier in Deutschland
Einer der wichtigsten Unternehmer 19. Jh.
Stadtteil Siemensstadt in Berlin

Im Haushalt

Vor 1900: kaum Elektrogeräte
1920er: Glühlampe, Bügeleisen, Ventilator
1930er: Kühlschrank, Staubsauger
1950er: Fernsehen, Waschmaschine
1970er: Mikrowelle
1980er: Personal Computer
1990er: Mobiltelefon
Heute: durchschnittlich 50+ elektrische Geräte pro Haushalt

Beleuchtung — Auswirkungen

Nacht endet — Arbeit auch nachts möglich
3-Schicht-Betrieb in Fabriken
Soziales Leben länger
Schlafrhythmus ändert sich
Sicherheit in Städten steigt
Theater, Konzerte abends
Kino entsteht
Werbung mit Leuchtreklame

Kommunikation

Telegraf: Botschaften in Minuten statt Wochen
Telefon: Stimme über Drähte
Radio (ab 1920)
Fernsehen (ab 1930)
Computer (ab 1940)
Internet (ab 1990)
Smartphone (ab 2007)
Alles beruht auf Elektrizität

Industrie

Dampfmaschine wird ersetzt
Fließband (Henry Ford 1913) braucht Strom
Aluminium-Herstellung erst durch Elektrizität möglich
Chemische Industrie
Schweißen, Galvanik
Klima- und Lebensmittelindustrie (Kühlung)
Heute: Strom zentral für jede Industrie

Stromerzeugung heute

Weltweit ~28.000 TWh pro Jahr (2023)
Kohle: ~35%
Gas: ~22%
Wasser: ~15%
Nuklear: ~10%
Wind: ~7,5%
Solar: ~5%
Öl: ~2,5%
Biomasse: ~2%

Stromnetze

Verbundnetze über Länder hinweg
Europäisches Verbundnetz (ENTSO-E)
50 Hz in Europa, 60 Hz in USA
Spannungsebenen: 110, 220, 380 kV für Übertragung
Steckdose Niederspannung 230 V
Komplexität nimmt zu durch dezentrale Einspeisung

Stromausfall

1965: Großer Nordost-Blackout USA — 30 Mio. Menschen betroffen
1977: New York Blackout
2003: Italien Blackout
2006: Europäischer Blackout
Heute: Gefahr durch Cyber-Angriffe
Strom-Abhängigkeit ist Risiko

Energiewende

Übergang von fossiler zu erneuerbarer Stromerzeugung
Wind, Solar, Wasser, Biomasse
Energiespeicher als Herausforderung
Smart Grids
Elektromobilität
Wärmepumpen
Wasserstoff als Speicher
Deutschland: Energiewende seit 2000

Hochspannung

Übertragung über große Entfernungen
Höhere Spannung = weniger Verlust
HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom) für sehr lange Strecken
Norwegen-Deutschland (NordLink) seit 2021

Elektrizität in der Medizin

EKG (Elektrokardiogramm) 1903
EEG (Elektroenzephalogramm) 1924
Röntgen (1895) — auch elektrisch
Defibrillator
Herzschrittmacher (1958)
Tiefe Hirnstimulation
MRT — basiert auf Magnetfeldern

Berühmte Versuche

Benjamin Franklins Drachen 1752
Galvanis Frosch
Voltas Säule
Faradays Ring 1831
Hertz funkt 1887
Edison s Menlo Park Lab
Tesla s Colorado Springs Lab

Elektrizität-Einheiten

Volt (V) — Spannung
Ampere (A) — Stromstärke
Ohm (Ω) — Widerstand
Watt (W) — Leistung
Wattstunde (Wh) — Energie
Coulomb (C) — Ladung
Farad (F) — Kapazität
Henry (H) — Induktivität
Hertz (Hz) — Frequenz
Alle nach Physikern benannt

Heute

~770 Mio. Menschen ohne Strom (2023)
Vor allem in Subsahara-Afrika
"Energy poverty" — Energiearmut
UNO-Nachhaltigkeitsziel: Strom für alle bis 2030
Solarrevolution in Afrika
Off-Grid-Lösungen

Zukunft

Erneuerbar wird dominieren
Speicher entscheidend
Wasserstoffwirtschaft
Elektromobilität
Wärmepumpen ersetzen Gas
Power-to-X
Klimaneutralität braucht Elektrifizierung

Die unsichtbare Revolution

Die Dampfmaschine war laut, rauchend, sichtbar — eine Erfindung, die niemand übersehen konnte. Elektrizität war anders: unsichtbar, geräuschlos, schlagartig. Innerhalb von 50 Jahren wurde ein Kontinent nach dem anderen elektrifiziert. Wo eben noch Kerzen brannten, war jetzt elektrisches Licht. Wo Post Wochen brauchte, kamen Telegramme in Minuten. Wir leben heute in einer Welt, die ohne Elektrizität nicht mehr existieren könnte. Ein 24-stündiger Stromausfall würde die meisten von uns ratlos zurücklassen — wir wissen kaum noch, wie das geht: Leben ohne Strom.