Nikola Tesla und die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen
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Die Rolle, die der in den USA naturalisierte Amerikaner Nikola Tesla bei der Entdeckung und Anwendung der elektromagnetischen Wellen spielte, ist zu heutigen Zeiten schwierig zu rekonstruieren.
Glaubt man den Tesla-Bewunderern und manchen seiner Biographen, habe Tesla nicht nur "Die Radiowellen" erfunden, sondern sei auch Erfinder des Radios, des Rundfunks, Radars und sogar des Mobilfunks. Dies ist jedoch nicht unzweifelhaft an Hand von seriösen Literaturquellen oder Zeugenaussagen abzuleiten. Letzendlich geht die Entdeckung der "Funkwellen" als elektromagnetische Wellen und die Erfindung der drahtlosen Telegraphie und des Rundfunk auf mehrere Forscher und Erfinder zurück. Mehrere Beteiligte an diesen Entdeckungen stritten sich zu dieser Zeit um Patentrechte und die kommerzielle Nutzung. Andere waren lediglich an der Grundlagenforschung interessiert.
Erste Sendeversuche, die über Laboratoriumsversuche hinausgingen sind im Falle von Nikola Tesla erst ab 1898 sicher dokumentiert.
Zeitlicher Ablauf
Der Beginn dieser Entwicklungen beginnt mit der Forschung von Ampère und der Entdeckung der magnetischen Induktion durch Faraday im Jahre 1831.
- 1820. André-Marie Ampère zeigt dass von stromdurchflossenen Leitern ein Magnetfeld ausgeht.
- 1831. Michael Faraday entdeckt im Jahre 1831 die magnetische Induktion. Faraday stellte dazu auch Berechnungen an, die später Maxwell zu seinen theoretischen Vorhersagen zu elektromagnetischen Feldern inspirierten.
- 1860. Polarlichter und atmosphärische Störungen störten mehrmals Telegraphenverbindungen in den USA. Die jeweiligen Telegraphisten konnten sich dann nicht mehr verständigen und klemmten zuweilen ihre Batterien ab und konnten dann trotzdem dank atmosphärischer statischer Aufladungen weiter Telegramme austauschen. [1]
- 1861. Zwischen 1861 und 1865 entwickelte James Clerk Maxwell die bis heute gültige Theorie des Elektromagnetismus, der die Vorhersage elektromagnetischer Felder beinhaltet. 1873 veröffentlichte Maxwell dazu "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" vor der "Royal Society".
- 1866. Der Zahnarzt Mahlon Loomis aus Washington, behauptet im Oktober 1866 eine drahtlose Telegraphenverbindung über 14 Meilen realisiert zu haben. Auf beiden Seiten sollen aufgestiegene Drachen als "Antennen" gedient haben. Für seine Behauptungen existieren keine unabhängigen Quellen. Mahlon Loomis erhält im Juli 1872 ein Patent U.S. Patent 129971 über einen "drahtlosen Telegraphen". Die Idee von Loomis war es, "natürliche atmosphärische Elektrizität" als Ersatz für Telegraphenleitungen zu nutzen, mit der Erde als Rückleitung. Auch wollte er diese Energie als Wärmequelle und zu anderen Zwecken nutzen. Loomis erläuterte jedoch nicht genau, wie er seine Erfindung realisieren wollte. Im Prinzip war dieses Patent sehr ähnlich zu einem drei Monate zuvor erteilten Patent (U.S. Patent 126,356) von William Henry Ward zu einem "Radio". Auch Ward erläuterte nicht genau wie ein derartiges Radio zu realisieren sei. Möglicherweise wollte Ward und Loomis die Nutzung atmosphärischer statischer Aufladungen bei Telegraphenleitungen patentrechtlich nutzen. Auch Tesla wird später ähnliche Vorstellungen entwickeln.[2]
- 1878. Dem Engländer David E. Hughes werden im Jahre 1878 mögliche Anwendungen elektromagnetischer Wellen über 500 Fuss (152 Meter) (nach anderen Angaben von einem Raum zu einem anderen Raum innerhalb eines Hauses) durch einen Sender mit Funkenstrecke nachgesagt. 1879 soll Hughes seinen Sender kontinuirlich habe laufen gelassen und soll sich mit einem Empfänger bis zu 152 Meter entfernt haben können um das Sendesignal zu empfangen. Wahrscheinlich handelte es sich jedoch um Induktionseffekte, die Royal Society lehnte 1880 seine Angaben ab.[3]
- 1884 entdeckt der italienische Physiker Temistocle Calzecchi-Onesti den ersten Kohärer als primitiven Detektor für elektromagnetische Wellen, der kurz danach von Edouard Branly und später von Oliver Joseph Lodge verbessert wird.
- 1885 formuliert T.A. Edison das 1891 erteilte Patent zu drahtlosem Schiffsfunk. Offenbar meint Ediso aber keine elektromagnetischen Wellen.
- 1886 entdeckt der Physiker Heinrich Hertz die elektromagnetischen Wellen (im UHF-Bereich) und stellt dazu Versuche an (so auch zur Reflexion) und weist die Felder als Bestätigung der Maxwell-Gleichungen nach. Zur Detektion verwendet er eine kleine Funkenstrecke. Die Veröffentlichung von Hertz erfolgt 1888. Hertz glaubt an keine nutzbare Bedeutung der Wellen und erwägt auch keine Patente anzumelden.
- 1891. Ab 1891 beschäftigt sich Nikola Tesla mit der drahtlosen Telegraphie und stellt dazu Versuche im KHz-Bereich an, und verbreitet in Vorträgen die Möglichkeit einer drahtlosen Kommunikation. Zwischen 1895 und 1899 soll Tesla mehrfach Sendungen über eine große Entfernungen übertragen haben. Allerdings liegen erst ab 1898 Belege dafür vor. Auch Tesla verwendet einen Knallfunkensender. Tesla entwickelt auch Verbesserungen der Funkenstrecke.
- 1891. Tesla bekommt am 23.6.1891 das US-Patent 454622 mit dem Titel "System of Electric Lighting" erteilt [1]. Dieses Patent wird von Seiten der Tesla-Anhänger als Tesla's Entdeckung elektromagnetischer Wellen bezeichnet. In der Patentschrift spricht jedoch Tesla nur von einer "neuartigen Methode und Apparat zur elektrischen Beleuchtung", und zwar unter Hochspannungs- und Hochfrequenzbedingungen. Das Patent bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator, dessen Spannung hochtransformiert wird. Lampen müssen werden mit einem Anschlußpol an die Hochspannung angeschlossen. Die hohe Feldstärke der Wechselspannung reicht hier aus, um über die (geringe) Kapazität ein Leuchten der Lampen zu erreichen. Eine Kabelverbindung ist aber hier (siehe Bild rechts) Voraussetzung, es handelt sich also um eine drahtgebundene Anwendung.
- 1891. Am 29.12.1891 wird T.A. Edison ein rein theoretisches Patent (U.S. Patent 465,971) über drahtlosen Schiffsfunk erteilt. Experimente stellt er jedoch nicht an.
- 1892. Angeblich reist Tesla nach Bonn um Heinrich Hertz zu treffen und um mit ihm über die Erzeugung elektromagnetischer Wellen zu sprechen, und um eine (wie Tesla meint) verbesserte Schaltung vorzustellen. Hertz soll ihn jedoch enttäuscht haben. [4]
- 1894. Der indische Physiker Jagadish Chandra Bose führt im November 1894 in Kolgata eine öffentliche Funkübertragung vor, bei der der Empfänger im Sinne einer Fernsteuerung Klingeln ertönen lässt und Knallkörper gezündet werden. 1896 überbrückt Bose im UHF-Bereich eine Entfernung von einer halben Meile. Bose entwickelt später einen verbesserten Kohärer.
- 1895 beginnt Guglielmo Marconi mit Versuchen. Im Sommer 1895 gelingt ihm eine Verbindung über 1,5 km Entfernung in Salvan in den Schweizer Alpen.[5]
- 1895. Der russische Physiker Alexander Popov führt im Mai 1895 öffentlich eine Funkverbindung vor. Die überbrückten Entfernungen zu dieser Zeit waren etwa 500 Meter. Nach anderen Angaben gelangen Popov seine Versuche erst 1897.
- 1897 setzt Ferdinand Braun abgestimmte Schwingkreise in die damals üblichen Knallfunkensender ein, und trennt einen "Antennenkreis" von der ansteuernden Schaltung. 1900 stellt Braun die erste Funkbrücke zur Insel Helgoland auf. 1909 erhilet Braun für seine Leistungen zusammen mit Guglielmo Marconi den Nobelpreis.