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May 18, 2023

James Wimshursts elektrostatische Unsterblichkeit

Der britische Ingenieur James Wimshurst hat die Maschine, die seine trägt, nicht erfunden

Der britische Ingenieur James Wimshurst hat die Maschine, die seinen Namen trägt, nicht erfunden. Aber dank seiner vielen Verbesserungen an einem besonderen Typ eines elektrostatischen Generators haben wir jetzt die Wimshurst-Einflussmaschine.

Einflussmaschinen stammen aus dem 18. Jahrhundert. Sie sind eine Klasse von Generatoren, die mechanische Arbeit durch Induktion in elektrostatische Energie umwandeln. Mitte des 19. Jahrhunderts hatten die deutschen Physiker Wilhelm Holtz und August Toepler jeweils ein Modell mit rotierenden vertikalen Glasscheiben entwickelt. Es war dieser Generatortyp, mit dem Wimshurst Anfang der 1880er Jahre in seiner Heimwerkstatt zu basteln begann. Bis 1883 hatte er seinen Entwurf gefestigt.

Die heutige Wimshurst-Maschine verfügt über zwei isolierte Scheiben, oft aus Kunststoff, manchmal aber auch aus Glas, mit leitenden Metallplatten an den Rändern. Die Scheiben sind auf einer einzigen Achse montiert und drehen sich in entgegengesetzte Richtungen, wenn sie über eine Handkurbel angetrieben werden.

Während sich die Scheiben drehen, bewegt sich eine kleine Startladung, entweder positiv oder negativ, auf einer Metallplatte in Richtung einer doppelseitigen Bürste auf der zweiten Scheibe. Wenn die Platte mit der Bürste ausgerichtet ist, induziert sie eine gleiche und entgegengesetzte Ladung auf der Platte, die sich direkt gegenüber auf der anderen Platte befindet. Die resultierende Ladung wiederum verursacht eine entgegengesetzte Ladung auf einer Platte auf der ersten Scheibe. Währenddessen induzieren Platten auf der zweiten Scheibe Ladungen auf der ersten Scheibe. Metallische Sammelkämme trennen die Ladungen in positive und negative und leiten sie zu zwei Leydener Gefäßkondensatoren. Die Ablagerungen entladen sich schließlich mit einem Funken, der die Lücke zwischen zwei Anschlüssen überspringt, und der Prozess beginnt von neuem. Eine Wimshurst-Tischmaschine könnte bis zu 50.000 oder 60.000 Volt erzeugen, wie dieses Video zeigt:

Animiere es – Wimshurst Machinewww.youtube.com

Das einfache Design war leicht zu reproduzieren und zu bedienen, und so fanden Wimshurst-Maschinen ihren Weg in Labors, Schulen und sogar in die Häuser wohlhabender Viktorianer. Aufgrund der hohen Spannung, die sie erzeugen konnten, wurden die Maschinen zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Anregung von Crookes-Röhren und zur Erzeugung von Röntgenstrahlen für die medizinische Bildgebung eingesetzt.

Als Wimshurst am 3. Januar 1903 im Alter von 71 Jahren plötzlich in seinem Haus starb, hielten die Herausgeber von Nature ihn für einen Nachruf wert. Neunundzwanzig Jahre später, anlässlich seines 100. Geburtstags, veröffentlichte Nature erneut eine Notiz, in der er ihn „zu den bekanntesten Erfindern elektrischer Maschinen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts“ zählte. Und doch gibt es meines Wissens keine ausführliche Biografie über den Mann. Tatsächlich tauchen bei den meisten Online-Suchanfragen dieselben Details auf, die auch in den Originalberichten von Nature zu finden sind: Er war der Sohn des Schiffbauers Henry Wimshurst (dem bahnbrechenden Konstrukteur des Schraubenschiffs Archimedes); Lehrling bei den Thames Iron Works; Schiffsvermesser bei Lloyd's Register; von 1865 bis 1874 Leiter des Liverpool Underwriters' Registry; und schließlich war er in den letzten 25 Jahren seines Berufslebens, bis er das gesetzliche Rentenalter von 67 Jahren erreichte, Hauptschiffbauer-Vermesser des Board of Trade.

James Wimshurst entwickelte in seiner Freizeit seine gleichnamigen Maschinen. Tagsüber war er als Schiffsbauer-Vermesser für das British Board of Trade tätig.Antônio Carlos M. de Queiroz/Wikipedia

Wimshursts elektrische Beschäftigungen waren ausschließlich ein Hobby, dem er in seiner Freizeit in seinem Haus in Clapham im Südwesten Londons nachging. Mit der Unterstützung seiner beiden Söhne richtete er ein Labor und eine Werkstatt ein, in der er an Einflussmaschinen bastelte, bis er sein Design perfektionierte. Wimshurst stellte mehr als 90 seiner gleichnamigen Maschinen her. Die meisten passen problemlos auf eine Tischplatte, wie zum Beispiel dieses im Science Museum London aufbewahrte Exemplar mit den Maßen 56 x 67 x 30,5 Zentimeter. Er schuf aber auch eine außergewöhnlich große Maschine, die 2,1 Meter hoch ist und im Museum of Science and Industry in Chicago ausgestellt ist. (Die oben abgebildete Maschine befindet sich im Yale Peabody Museum of Natural History in New Haven, Connecticut. Sie wurde in Deutschland hergestellt und in den Vereinigten Staaten von James W. Queen & Co. verkauft.)

Wimshurst ließ keine seiner Weiterentwicklungen der Maschine patentieren, war aber bestrebt, seine Erfindungen bekannt zu machen. 1886 veröffentlichte er ein Buch mit dem Titel „Statische Elektrizität“. Die „Einflussmaschine“: Wie man sie herstellt und wie man sie nutzt. Und am 27. April 1888 hielt er einen Vortrag über die Maschinen an der Royal Institution. Aufgrund seiner wissenschaftlichen Leistungen wurde er 1898 zum Fellow der Royal Society gewählt. Er war außerdem Mitglied der Institution of Electrical Engineers und der Räntgen Society sowie Mitglied des Vorstands der Royal Institution.

Aber der Teil von Wimshursts Geschichte, den ich am interessantesten finde, ist der letzte Absatz des Nachrufs von Nature: „Die gesamte wissenschaftliche Forschung von Herrn Wimshurst wurde aus purer Liebe zu seinem Werk durchgeführt, und er weigerte sich beharrlich, irgendeinen finanziellen Vorteil daraus anzunehmen.“ Vielleicht haben Historiker deshalb seine Biografie noch nicht geschrieben: Sie wissen nicht, wie sie mit einem wirklich altruistischen Erfinder umgehen sollen.

Wimshurst-Maschinen sind heute problemlos käuflich zu erwerben. Sie werden immer noch in Schulen und Wissenschaftsmuseen verwendet, um die Grundlagen der Elektrizität zu demonstrieren. Sie können Ihr Gerät auch selbst mit Artikeln aus dem Baumarkt bauen.

In Band 17 des Make-Magazins (2009) beschrieb der Steampunk-Enthusiast Jake von Slatt, wie man eine Wimshurst-Maschine baut. (Von Slatt erschien auch im IEEE Spectrum-Artikel „The Steampunk Contraptors“ vom Oktober 2008.) Seine aktualisierten Anweisungen sind online in einer fünfteiligen Serie verfügbar.

Wenn Sie sich dazu entschließen, Ihre eigene Wimshurst-Maschine herzustellen, schlage ich vor, den logischen nächsten Schritt zu gehen und eine Dinnerparty rund um viktorianische Salontricks zu planen. Anstatt noch einmal Monopoly, Trivial Pursuit oder Parcheesi auszubrechen, warum nicht wie die Viktorianer feiern, die offenbar verrückt nach Elektrizität waren?

Um es deutlich zu sagen: Die Viktorianer setzten einfach einen Trend fort, der mehr als ein Jahrhundert zurückreichte; Ben Franklin unterhielt seine Gäste auch gerne mit Spielen auf Elektrizitätsbasis. Dank der Einfachheit der Wimshurst-Maschine hatten Partygänger in den 1890er Jahren eine zuverlässige Quelle für leicht zu erzeugenden Strom.

Ein beliebtes Spiel hieß „elektrischer Kuss“: Schalten Sie Ihre Wimshurst-Maschine ein, bitten Sie ein umwerbendes Paar, jeweils einen der Kondensatoren zu ergreifen, und lassen Sie sie sich für eine Überraschung vorbeugen. Es ist etwas schockierender als Flaschendrehen. Obwohl in keiner der von mir durchgesehenen Literatur Befürchtungen zu erkennen waren, dass sich das küssende Paar versehentlich einen Stromschlag zufügt, gibt es auf der Website der Fakultät für Physik der Indiana University eine Warnung vor der Demonstration ihrer Wimshurst-Maschine: „Kann tödliche Schocks erzeugen, wenn sie an zu viele Leyden-Gläser angeschlossen wird.“

Teil einer fortlaufenden Serie, die sich mit historischen Artefakten befasst, die das grenzenlose Potenzial der Technologie ausschöpfen.

Eine gekürzte Version dieses Artikels erscheint in der Printausgabe vom Juni 2023 unter dem Titel „Wimshursts elektrostatische Unsterblichkeit“.