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Heft 2: Namensgeber physikalischer Einheiten

PTB-Mitteilungen 2/2017

Vorwort

Jens Simon

Liebe Leserin, lieber Leser,

wenn die PTB etwas über Einheiten sagt, dann spricht sie in der Regel ganz viel über Physik, über Technik und über die Möglichkeiten des Messens. Auf das Stichwort „Kelvin“ können sich dann sofort Ausführungen über thermodynamische Prinzipien, über die Quantenaspekte des absoluten Nullpunkts oder über Messunsicherheitsprobleme der Temperaturskala in der technischen Praxis anschließen. Auf das Stichwort „Kelvin“ könnte aber auch etwas anderes folgen, nämlich eine kulturhistorische Betrachtung, die etwa mit der Frage „Wer war eigentlich Kelvin?“ beginnt. Eben das versuchen die hier versammelten Aufsätze. Sie geben den physikalischen Einheiten – etwas pathetisch formuliert – ein menschliches Antlitz, indem sie nach den Menschen fragen, deren Namen sich in den Einheiten wiederfinden.

André Marie Ampère

Die SI-Basiseinheit der Stromstärke, Ampere (A)

André Marie Ampère wurde am 20.1.1775 als Sohn eines gebildeten Seidenhändlers in Lyon geboren. Bald nach der Geburt des Sohnes zog sich der Vater als Rentner auf sein Landgut zurück, wo er gelegentlich noch ein Amt in der Finanzverwaltung versah. Der Vater hing dem Erziehungsgedanken J. J. Rousseaus an und unterrichtete und erzog seinen Sohn unter Gewährung aller Freiheiten selbst.

Der wissbegierige Knabe verschlang die mehr als dreißig Bände umfassende Enzyklopädie von Diderot und d’ Alembert, die den Geist der Aufklärung widerspiegelt. Auch der Grundstock seines Wissens in Mathematik stammte aus der Enzyklopädie. Als sich Ampère aus einer Bibliothek Bücher der Mathematiker Joh. Bernoulli und L. Euler entleihen wollte, stellte er voller Enttäuschung fest, dass diese lateinisch geschrieben waren. In wenigen Wochen eignete er sich die für das Studium der Bücher notwendigen lateinischen Sprachkenntnisse an. Ampère hat niemals eine Schule besucht, studiert oder ein Examen abgelegt, er war völliger Autodidakt.

Antoine Henri Becquerel

Die abgeleitete SI-Einheit der Radioaktivität, Becquerel (Bq)

Becquerel wurde am 15. Dezember 1852 in Paris geboren. Er stammte aus einer Familie, in der der Beruf des Physikers bereits zur Tradition geworden war: Sein Vater und Großvater waren führende französische Physiker. Becquerel beendete im Jahre 1877 das Studium an der Ecole Polytechnique in Paris und wurde nach einem weiteren dreijährigen Studium des Brücken- und Straßenbaus Ingenieur. Im Mittelpunkt seines Interesses stand jedoch die Physik. Am Lehrstuhl für angewandte Physik in der Schule der Künste und des Handwerks begann Becquerel mit Vorlesungen. Später wurde er Professor für praktische Physik am Naturhistorischen Museum und war von 1895 bis an sein Lebensende Professor für Physik an der Pariser Ecole Polytechnique.

Charles Augustin de Coulomb

Die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Ladung oder der Elektrizitätsmenge, Coulomb (C)

Charles Augustin de Coulomb wurde am 14. Juni 1736 im südfranzösischen Angoulême in einer wohlhabenden Familie geboren.

Nach dem Studium der Mathematik und der Naturwissenschaft in Paris wählte er den Militärberuf. Als Offizier des technischen Dienstes leitete er die Festungsbauarbeiten auf der Insel Martinique, wo er neun Jahre verbrachte. Bereits während seines Aufenthaltes auf Martinique beschäftigte er sich nebenbei mit wissenschaftlichen Arbeiten auf dem Gebiet der technischen Mechanik, hauptsächlich mit einigen Problemen der Statik. Im Jahre 1776 kehrte er nach Frankreich zurück. Hier beteiligte er sich an einem Wettbewerb, den die Französische Akademie der Wissenschaften mit dem Ziel der Vervollkommnung von Navigationseinrichtungen ausgeschrieben hatte.

Michael Faraday

Die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Kapazität, Farad (F)

Faraday wurde am 22. September 1791 in Newington Butts unweit von London als Sohn eines Schmieds geboren. Die unvermögenden Eltern konnten ihm nicht einmal eine abgeschlossene Grundschulausbildung gewähren; deshalb gaben sie ihn bereits mit dreizehn Jahren zu einem Buchbinder und Buchhändler in die Lehre. Zunächst trug er nur Zeitungen aus, später erlernte er das Buchbinderhandwerk. Bei der Arbeit mit Büchern las er viel, wobei ihn am stärksten Physik- und Chemiebücher fesselten. Er begann populärwissenschaftliche Abendvorlesungen zu besuchen; ein reicher Kunde ermöglichte ihm die Teilnahme an einigen Vorlesungen des Chemikers Sir Humphrey Davy an der Royal Institution*.

Louis Harold Gray

Die abgeleitete SI-Einheit der Energiedosis ionisierender Strahlung, z. B. Röntgen- oder Kernstrahlung, Gray (Gy)

Gray, Louis Harold, wurde am 10. November 1905 in London geboren. Seine Eltern bezeichnete Gray selbst als arm. Nach dem Besuch einer Lateinschule wurde er im Alter von 13 Jahren in das Christ’s Hospital, Horsham, aufgenommen. Hier zeigte sich bereits sein naturwissenschaftliches Talent. Die gute Ausbildung förderte insbesondere seine Liebe zum naturwissenschaftlichen Experiment, eine Liebe, der er zeit seines Lebens treu blieb. Nach der Schulzeit erhielt Gray seine wissenschaftliche Ausbildung am Trinity College in Cambridge. Durch seine außerordentlichen Leistungen gelang es ihm danach, in den Jahren 1928 bis 1933 eine Stelle im Cavendish-Laboratorium in Cambridge zu bekommen, das damals von dem berühmten Gelehrten Ernest Rutherford geleitet wurde. Diese Jahre standen noch ganz im Zeichen umwälzender Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik, und das Cavendish-Laboratorium hatte bedeutenden Anteil daran.

Joseph Henry

Die abgeleitete SI-Einheit der Induktivität eines elektrischen Leiters, Henry (H)

Henry, Joseph, wurde am 17. Dezember 1779 in Albany im Staate New York (USA) geboren. Zunächst war er beruflich als Uhrmacher tätig. Im Jahr 1826 wurde er Mathematik-Professor an der Akademie in Albany und 1832 Professor der Physik an der Universität in Princeton. Im Jahre 1846 wurde Henry Sekretär der Smithonian Institution in Washington, einer führenden nordamerikanischen Akademie, die u. a. als Zentralstelle für den weltweiten Austausch von wissenschaftlichen Gegenständen zwischen Forschungsanstalten zuständig war. Zugleich war Henry ab 1868 Präsident der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Heinrich Rudolf Hertz

Die abgeleitete SI-Einheit der Frequenz – das heißt der Anzahl periodischer Vorgänge pro Zeit, Hertz (Hz)

Heinrich Rudolf Hertz wurde am 22. Februar 1857 in Hamburg als Sohn eines Rechtsanwaltes und Senators geboren. Zunächst wurde er in einer Privatschule unterrichtet und legte anschließend nach einem Jahr in der Oberprima des „Johanneum“ in seiner Heimatstadt die Reifeprüfung ab. Begabung und Interessen waren bei ihm vielseitig und reichten von alten und neuen Sprachen über Mathematik und Naturwissenschaften bis zum praktischen Bau von Experimentiergeräten. Obwohl ihn seine Lehrer drängten, Mathematik oder (!) Orientalistik zu studieren, leistete er nach der Reifeprüfung in einem Frankfurter Baubüro ein Vorbereitungspraktikum für das Ingenieursstudium ab. Nebenbei las er Bücher über Physiologie und Architektur, hörte Vorlesungen über Mathematik, Physik, Chemie und Anthropologie und arbeitete an der Verbesserung des Telegrafen und der Herstellung großer Linsen. Nach seinem Praktikum trat er in Dresden ein polytechnisches Studium an, welches er in München fortsetzte. Der Umgang mit Tabellen und Formeln befriedigte ihn jedoch nicht, sodass er zur Universität in München wechselte und Physik studierte. Im Herbst 1878 ging Hertz nach Berlin, wo er zwei Jahre später als 23-Jähriger mit der Preisarbeit der Berliner Akademie „Über die Induktion in rotierenden Kugeln“ promovierte. Während dieser Zeit machte er seine entscheidende Begegnung mit Hermann von Helmholtz (1821–1894), bei dem er im Herbst 1880 eine Assistentenstelle antrat.

James Prescott Joule

Die abgeleitete SI-Einheit der Arbeit und der Energie, Joule (J)

James Prescott Joule wurde am 24. Dezember 1818 in Salford bei Manchester als Sohn eines Bierbrauereibesitzers geboren. Da er körperlich schwach war, erhielt er seine Erziehung bis zum fünfzehnten Lebensjahr zu Hause. Auch später studierte er Chemie, Physik und Mathematik privat bei dem berühmten englischen Physiker und Chemiker John Dalton.

Als Zwanzigjähriger machte Joule durch die Erfindung eines Elektromotors auf sich aufmerksam, indem er die Drehbewegung eines vom Strom durchflossenen Leiters in einem Magnetfeld nutzte. Der Vater richtete ihm ein eigenes Laboratorium ein, und er begann sich mit der Untersuchung elektromagnetischer Effekte zu befassen. Seine Arbeiten veröffentlichte er in wissenschaftlichen Zeitschriften.

Lord Kelvin of Largs (William Thomson)

Die SI-Basiseinheit der (thermodynamischen) Temperatur, Kelvin (K)

Kelvin, Lord of Largs, wurde am 26. Juni 1824 als William Thomson in Belfast (Nordirland) geboren. Seine besondere Begabung und Auffassungsgabe zeigten sich sehr früh, sodass er bereits mit zehn Jahren an der Universität in Glasgow immatrikuliert wurde. Mit 16 Jahren ging er als Student nach Cambridge, wo er in allen Fächern hervorragende Leistungen zeigte. Thomson lehrte und forschte ab 1846 als Physik-Professor in Glasgow an der Universität. Man sagt, dass bei ihm eine für eine Stunde geplante Vorlesung oft drei Stunden dauerte.

Thomsons Interessen galten von jeher hauptsächlich der Thermodynamik und der Elektrizität. Untersuchungen der Wärme führten ihn zu der Erkenntnis einer tiefstmöglichen Temperatur, dem absoluten Nullpunkt der Temperatur. Diesen Temperaturpunkt von -273,15 °C machte er zum Ausgangspunkt einer neuen Temperatur- und Thermometerskala.

Isaac Newton

Die abgeleitete SI-Einheit der Kraft, Newton (N)

Newton wurde am 4. Januar 1643* in Woolsthorpe an der Ostküste Englands geboren. Sein Vater, ein Landpächter, starb kurz vor der Geburt Isaacs, dessen Erziehung die Großmutter übernahm. *Nach dem alten Julianischen Kalender am 25. Dezember 1642

Die Mittelschule besuchte er im nahe gelegenen Grantham. Der junge Isaac baute sich mit Vorliebe kompliziertes mechanisches Spielzeug, schliff Spiegel und Linsen, befasste sich mit Chemie und zeichnete gern. Als achtzehnjähriger junger Mann ließ er sich im Trinity College in Cambridge immatrikulieren, wo er neben dem Studium durch Hilfsarbeiten an der Universität etwas Geld verdiente. Er studierte Mathematik, Physik, Theologie und klassische Sprachen. Im Jahre 1665 erlangte er den Grad eines Bakkalaureus und wurde drei Jahre später Magister.

Georg Simon Ohm

Die abgeleitete SI-Einheit des elektrischen Widerstandes, Ohm (Ω)

Ohm wurde am 16. März 1789 in Erlangen als Sohn eines Universitätsschlossers geboren.

Mit 11 Jahren trat er im Juni 1800 in das Gymnasium ein. Nach Bestehen der Abschlussprüfung am 22. April 1805 studierte er an der Universität in Erlangen Physik, Mathematik und Philosophie. Im Jahr 1806 gab er aus finanziellen Gründen sein Studium auf und reiste in die Schweiz, wo er zunächst an der Privatschule eines Pfarrers in Gottstadt im Kanton Bern Mathematik-Unterricht gab.

1809 verließ er diese Schule und ging als Privatlehrer nach Neuenburg, dem heutigen Neuchâ tel in der Westschweiz. Zwei Jahre später kehrte Ohm nach Erlangen zurück, nahm sein Studium wieder auf und legte Ende des Jahres 1811 an der Philosophischen Fakultät der Universität seiner Vaterstadt die Doktorprüfung ab. Anschließend war er Privatdozent, bis er eine besser bezahlte Stelle als Lehrer an der Realschule in Bamberg bekam.

Blaise Pascal

Die abgeleitete SI-Einheit des Drucks und der mechanischen Spannung, Pascal (Pa)

Pascal wurde am 19. Juni 1623 in Clermont als Sohn des bekannten Mathematikers Etienne Pascal geboren. Von Klein auf bestach er durch sein mathematisches Talent. Als Zwölfjähriger stellte er ein eigenes geometrisches System auf, das auf Euklid zurückging, und mit sechzehn Jahren verfasste er eine Studie über Kegelschnitte.

Er studierte sehr gründlich Mathematik, Physik und Philosophie. In der Arbeit „Abhandlungen über das arithmetische Dreieck“ sprach er einige grundlegende Thesen der Wahrscheinlichkeitstheorie und Kombinatorik aus; in der Arithmetik ist das Pascal’sche Dreieck heute wohlbekannt. Weiterhin ermittelte er die Teilbarkeitsregeln und wurde zum Vorgänger von Newton und Leibniz auf dem Gebiet der Differential und Integralrechnung.

Als neunzehnjähriger junger Mann konstruierte er eine Rechenmaschine, die im Wesentlichen für Additionen bestimmt war. Er verbesserte die Maschine ständig und fertigte davon insgesamt über fünfzig Exemplare an. Die heutigen Rechenmaschinen arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Wegen dieser Leistung heißt eine der modernen Programmiersprachen „Pascal“.

Werner von Siemens

Die abgeleitete SI-Einheit des elektrischen Leitwerts, Siemens (S)

Werner Siemens wurde am 13. Dezember 1816 in Lenthe bei Hannover als Sohn eines Gutspächters geboren. Aus finanziellen Gründen konnte er nicht studieren, sodass er die militärische Laufbahn einschlug und 1838 preußischer Artillerieoffizier wurde.

Die Erfindung eines Galvanisierungsverfahrens im Jahre 1841 und eines Zeiger- und Drucktelegrafen im Jahre 1846 zeigten bereits früh seine besondere technische Begabung. Er wandte sich zunächst der elektrischen Nachrichtentechnik zu und gründete 1847 mit Johann Georg Halske (1814-1890) in Berlin die „Telegraphen- Bauanstalt Siemens & Halske“, woraus die Keimzelle der heutigen Weltfirma Siemens AG wurde.

Nachdem die Firma 1848 die erste Telegrafenlinie zwischen Berlin und Frankfurt am Main mit unterdirdischen Kabeln erfolgreich gebaut hatte, schied Werner Siemens aus der Armee aus, um sich nur noch dem Gebiet der jungen Elektrotechnik widmen zu können.

Werner Siemens gehörte damals zu den ersten Fachleuten, die sich Gedanken machten über eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Energie. Am 29.5.1856 berichtete er in einem Brief an seinen Bruder William Siemens (1823–1883) über die erfolgreiche Konstruktion eines Magnetstrom-Erzeugers mit Doppel-T-Anker.

Rolf Maximilian Sievert

Die abgeleitete SI-Einheit der Äquivalentdosis Dq einer ionisierenden Strahlung in menschlichem oder tierischem Gewebe, Sievert (Sv)

Sievert wurde im Jahre 1896 als Sohn des erfolgreichen und reichen Kabelfabrikanten deutscher Herkunft Max Sievert und seiner schwedischen Ehefrau Sofia in Stockholm geboren. Max Sievert starb, als Rolf gerade 17 Jahre alt war. Dieser sollte ursprünglich die väterliche Fabrik übernehmen, zeigte hierzu aber wenig Neigung. Er machte ein schwaches Abitur und versuchte sich dann zunächst mit dem Studium der Medizin und, als ihm dieses nicht zusagte, demjenigen der Elektrotechnik in Stockholm. Auch das war wenig erfolgreich, da er sich als Sohn reicher Eltern lieber Freizeit-Aktivitäten widmete, z. B. dem Segelsport. Schließlich aber studierte er Astronomie, Metereologie, Mathematik und Mechanik an der Universität Uppsala. 1919 machte er dort sein Diplom.

Nicola Tesla

Die abgeleitete SI-Einheit der fundamentalen Größe des magnetischen Feldes, der magnetischen Induktion B, Tesla (T)

Tesla wurde am 10. Juli 1856 in Smiljan beim Städtchen Gospic in Dalmatien als Sohn eines Priesters der orthodoxen kroatischen Kirche geboren. Bereits während des Studiums auf der Mittelschule bewies er eine hervorragende Begabung für Mathematik und Physik. Von 1875 an studierte er an der Technischen Hochschule in Graz. Nach kurzer Unterbrechung wegen finanzieller Schwierigkeiten beendete er das Studium in Prag.

Von der Prager Universität ging er nach Budapest und nahm eine Tätigkeit in der dortigen Telefongesellschaft auf. Er machte durch einige praktische Erfindungen auf sich aufmerksam, sodass ihm von einer Pariser Elektrizitätsgesellschaft, die zum Edison-Konzern gehörte, die Stelle eines Ingenieurs angeboten wurde. Bereits damals trug sich Tesla mit dem Gedanken, einen Elektromotor für Mehrphasen-Wechselstrom zu konstruieren, der die Nachteile der damaligen Einphasenmotoren beseitigen würde.

Im Jahre 1882 nahm er das Angebot an und ging nach Paris. Hier gelang es ihm, in seiner eigenen kleinen Werkstatt den ersten Motor ohne Kommutator, ohne Bürsten, genau nach seinen Budapester Vorstellungen zu bauen. Mit der Erfindung hatte er bei den Vorgesetzten der Gesellschaft kein Glück.

Alessandro Volta

Die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Spannung oder elektrischen Potenzialdifferenz, Volt (V) Alessandro Volta

Volta wurde am 18.2.1745 in Como / Norditalien geboren. Nach seinem Studium wurde er Physik-Professor und lehrte von 1774 bis 1778 in seinem Geburtsort Como, anschließend ab 1779 dann in Pavia.

Im Jahre 1786 beobachtete der italienische Anatomie- und Medizin-Professor Luigi Aloysius Galvani (1737 bis 1798) beim Experimentieren mit Froschschenkeln seltsame Erscheinungen. Sobald er einen Froschschenkel, der an einem Eisengitter hing, mit einem Seziermesser berührte, stellte er Muskelkontraktionen fest. Galvani veröffentlichte 1791 mit der Schrift „De viribus electricitatis in motu musculari“ seine interessanten Beobachtungen. Jedoch kam er zu der nicht richtigen Erkenntnis, dass es sich um ,,tierische Elektrizität“ handele.

Erst Alessandro Volta, ein Landsmann von Luigi Galvani, fand für das Auftreten der „tierischen Elektrizität“ die richtige Erklärung und prägte für die Erscheinung den Begriff „Galvanismus“. Volta erkannte, dass zwischen zwei verschiedenen Metallen, die sich in einer stromleitenden Flüssigkeit befinden, eine elektrische Spannung entsteht. Er entwickelte im Jahre 1799 das erste galvanische Element und baute eine aus mehreren Elementen bestehende Spannungsquelle, die als „Volta-Säule“ bezeichnet wurde. Mit der „Volta-Säule“ bekam die Menschheit ihre erste elektrische Spannungsquelle, die größere Ströme liefern konnte.

James Watt

Die abgeleitete SI-Einheit des Energiestromes oder der mechanischen und elektrischen Leistung, Watt (W)

Watt wurde am 19. Januar 1736 in der schottischen Stadt Greenock am Clyde als Sohn eines Zimmermanns geboren. In der Schule interessierten ihn Physik und Mathematik, in den übrigen Fächern hatte er keine großen Erfolge. Er sehnte sich nach Hochschulbildung, aber die Familie konnte sich das nicht leisten.

Nach langen Überlegungen entschloss er sich, Feinmechaniker zu werden, ein Beruf, der ihn angesichts seiner Gebrechlichkeit körperlich nicht überbeanspruchen sollte. Im Jahre 1754 begann er in Glasgow die Optiker- und Mechanikerlehre. Nach einem Lehrjahr ging er zu Morgan, einem Hersteller von mathematischen Geräten, nach London, wo er vieles lernte; bald bestach er in allen ihm anvertrauten Arbeiten durch Präzision und Gründlichkeit.

Im Jahre 1757 wurde ihm die Stelle eines Universitätsmechanikers in Glasgow zugesprochen. Er fand hier ein gut ausgestattetes Physikkabinett vor, und neben guten Arbeitsbedingungen ergab sich auch die Möglichkeit für das weitere Studium, für physikalische und chemische Versuche.

Wilhelm Eduard Weber

Die abgeleitete SI-Einheit des magnetischen Flusses, Weber (Wb)

Wilhelm Eduard Weber wurde am 24. Oktober 1804 in Wittenberg als fünftes Kind eines Theologieprofessors geboren. Er studierte Naturwissenschaften in Halle, wurde am gleichen Ort Privatdozent und im Jahre 1828 außerordentlicher Professor für Physik. Schon 1825 hatte er zusammen mit seinem Bruder Ernst Heinrich, einem Physiologieprofessor in Leipzig, eine wissenschaftliche Arbeit auf dem Gebiet der Akustik1 verfasst, die ihm unter den Physikern einen guten Ruf einbrachte.

Im Jahre 1831 berief man ihn als ordentlichen Professor der Physik an die Universität Göttingen. Hier begann auch die enge Freundschaft mit Gauß und ihre wissenschaftliche Zusammenarbeit bei der Erforschung des Magnetismus. Ergebnis dieser Zusammenarbeit war u. a. auch die Erfindung des elektromagnetischen Telegrafen, den sie im Jahre 1833 gemeinsam erprobten.

Das neue Internationale Einheitensystem (SI)

Das Bezugssystem, in dem wir „die Welt vermessen“, liegt fest. Wir teilen etwa die Zeit in Sekunden, die Länge in Meter und die Masse in Kilogramm. Das Internationale Einheitensystem (SI) wird von nahezu 100 Staaten mitgetragen und ist damit eine globale Erfolgsgeschichte. Jetzt erhält das SI eine grundlegende Auffrischung, sodass es allen wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts gelassen entgegensehen kann. Naturkonstanten wie die Lichtgeschwindigkeit oder die Ladung des Elektrons werden den Einheiten die bestmögliche Definitionsgrundlage liefern.

DAS NEUE SI

“für alle Zeiten und für alle, auch ausserirdische und außermenschliche Culturen”

Max Planck