Henry Cavendish

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Henry Cavendish

Henry Cavendish (* 10. Oktober 1731 in Nizza; † 24. Februar 1810 in London) war ein britischer Naturwissenschaftler. Bekannt ist er vor allem für die Entdeckung des Elements Wasserstoff und die erste experimentelle Ermittlung der mittleren Dichte der Erde, die in weiterer Folge die Bestimmung der Gravitationskonstanten ermöglichte.

Leben[Bearbeiten]

Todesanzeige Henry Cavendish

Henry Cavendish war der Sohn von Lord Charles Cavendish (ein Sohn von William Cavendish, 2. Duke of Devonshire, 1704–1783), und Lady Anne Grey, Tochter von Henry Grey, 1. Duke of Kent. Die Familie Cavendish gehörte zum alteingesessenen Adel und war mit vielen anderen bedeutenden Adelsfamilien in Großbritannien eng verbunden. Henry wurde in Nizza geboren, wo sich – nach Lord Burlington – seine Mutter aufgrund ihres schlechten Gesundheitszustand aufhielt. Seine Mutter starb 1733 nach der Geburt seines Bruders Frederick (1733–1812).

Im Alter von elf Jahren war Cavendish ein Schüler von Newcome’s School in Hackney, einer der größten und anerkanntesten Privatschulen des 18. Jahrhunderts. Am 18. Dezember 1749 wurde er Student im Peterhouse College der University of Cambridge, das er am 23. Februar 1753 ohne Abschluss-Examen verließ. Seine erste wissenschaftliche Arbeit erschien im Jahre 1766 und trug den Titel Experiments on Factitious Airs („künstliche Luftarten“, d. h. durch chemische Reaktionen dargestellte Gase). Nach einer Reise mit seinem Bruder Frederick durch Europa lebte er zusammen mit seinem Vater bis zu dessen Tod 1783 in Soho (London). Während dieser Zeit führte er seine elektrischen und die meisten chemischen Forschungen durch. Er begann dabei als Assistent seines Vaters, der selbst wissenschaftliche Experimente durchführte. Mit 40 Jahren erbte Henry Cavendish ein großes Vermögen, das es ihm ermöglichte, seine wissenschaftlichen Studien weiterzuführen. Nach dem Tod seines Vaters zog er in eine Villa nach Clapham Common,[1] wo er ein großes Experimentierlabor einrichtete. Er besaß aber auch ein Stadthaus im Londoner Stadtteil Bloomsbury und ein weiteres Haus für seine Bibliothek in der Dean Street, Soho. Er besuchte die Zusammenkünfte der Royal Society, deren Fellow er 1760 wurde und mit deren Mitglieder er donnerstags dinierte. Ansonsten mied er gesellschaftliche Ereignisse und sogar Lord George Cavendish, den er später zu seinem Haupterben machte, sah er nur einmal jährlich für wenige Minuten. Abgesehen davon änderte sich durch die Erbschaft kaum etwas an seinem bescheidenen Lebensstil.

Cavendish legte ein exzentrisches Verhalten an den Tag. Sein Abendessen bestellte er täglich durch eine Notiz, die er auf dem Flurtisch hinterlegte, und seine weiblichen Angestellten waren angewiesen, außer Sichtweite zu bleiben, wenn sie nicht ihre Entlassung riskieren wollten. Frauen und Fremden gegenüber war er äußerst schüchtern und er vermied es, mit ihnen überhaupt zu sprechen. Er war ein großgewachsener Mann mit einer schrillen, dünnen Stimme und trug als Kleidung einen abgetragenen, verblassten, violetten Samtanzug und einen Dreispitz aus dem vorherigen Jahrhundert. Er war ein wortkarger Einzelgänger.

Einer seiner wichtigsten Mitarbeiter war Charles Blagden, der an einer Vielzahl seiner Experimente beteiligt war. Auch existiert eine intensive Korrespondenz zwischen den beiden Wissenschaftlern.[2]

Cavendish führte unzählige wissenschaftliche Studien und Experimente durch, von denen allerdings die meisten zu seinen Lebzeiten unveröffentlicht blieben. Während seines ganzen Lebens hat er nur 20 Artikel und kein einziges Buch veröffentlicht. Erst lange nach seinem Tod, gegen Ende des 19. Jahrhunderts, beschäftigte sich James Clerk Maxwell mit den Forschungen Cavendishs und erkannte, dass viele wissenschaftliche Errungenschaften von ihm bereits vorweggenommen worden waren, so zum Beispiel das ohmsche Gesetz, das Dalton-Gesetz, das Gesetz von Gay-Lussac und die Prinzipien der elektrischen Leitfähigkeit.

Cavendish starb am 24. Februar 1810 und wurde in der All Saints Church in Derby begraben (heute Derby Cathedral). Er hinterließ Lord George Cavendish, dem Großvater des damaligen Duke of Devonshire, ein bedeutendes Vermögen in Höhe von £700.000 mit Einkünften aus Liegenschaften von £8000 pro Jahr sowie £50.000 bei seiner Bank. 1871 stiftete William Cavendish, 7th Duke of Devonshire und Prinzipal der University of Cambridge, das Geld zum Aufbau des Cavendish-Laboratorium genannten Physik-Fachbereichs der University of Cambridge.[3]

Der Mondkrater Cavendish ist nach ihm benannt.

Werk[Bearbeiten]

Cavendishs Apparat zum Erzeugen und Sammeln des Wasserstoffs

Entdeckung des Wasserstoffs und Verwerfung der Phlogistontheorie[Bearbeiten]

1766 entdeckte Cavendish den Wasserstoff. Nachdem er den Knallgasversuchen von Joseph Priestley beigewohnt hatte, bewies er 1781, dass Wasser nicht elementar ist. Das langgesuchte Oxid der entzündlichen Luft ist eine zusammengesetzte Substanz der Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Die Entdeckung des Sauerstoffs durch Antoine Laurent de Lavoisier führte zur Verwerfung der Phlogistontheorie. Cavendishs Versuchsreihen zur Deutung der Synthese des Wassers aus seinen Bestandteilen zeigten die große Bedeutung quantitativer Messungen in der Chemie auf.[4][5]

Cavendish interpretierte das gewonnene Gas, inflammable air, als die Darstellung des reinen Phlogistons.[6]

Bestimmung der Gravitationskraft und der Masse der Erde[Bearbeiten]

Cavendish gelang es 1797 als Erstem, in einem Experiment mit zwei Körpern bekannter Masse ihre gegenseitige Anziehung zu beobachten.[7] Dieses Phänomen war ein Jahrhundert zuvor von Isaac Newton in seinem Gravitationsgesetz zur Erklärung der Planetenbewegung und des Gewichts der Körper auf der Erde postuliert worden. Mittels einer empfindlichen Drehwaage konnte Cavendish nach Abschirmung aller erdenklichen Störeinflüsse die Kraft nachweisen und vermessen, mit der ein schwerer Probekörper der Masse m_1=158 kg einen leichteren mit der Masse m_2=0{,}73 kg anzieht. Ziel dieses Experiments war allerdings nicht, die von Newton postulierte allgemeine Gravitation zu überprüfen, sondern die Masse M_{Erde} der Erde und ihre mittlere Dichte zu messen. Das Experiment wurde daher populär auch als Wiegen der Erde bezeichnet.[Anm. 1] Dazu genügt es anzunehmen, dass die Anziehungskraft zweier kugelförmiger Körper proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ihrer Mittelpunkte ist, so dass das Verhältnis zweier Gravitationskräfte ausschließlich vom Verhältnis der Massen und Abstände abhängt. Im Einzelnen gilt:

\frac{F_{Probe}}{F_{Erde} }= \frac{\frac{m_1\cdot m_2}{R_{12}^2}}{\frac{M_{Erde}\cdot m_2}{R_{Erde}^2}} = \frac{m_1\cdot R_{Erde}^2}{M_{Erde}\cdot R_{12}^2}\ \ ,

wobei F_{Probe} die gemessene Anziehungskraft zwischen den Körpern und F_{Erde} das Gewicht des leichten Probekörpers ist, also die Gravitationskraft, mit der die Erde auf ihn einwirkt, R_{12},\ R_{Erde} sind die jeweiligen Abstände. Die Masse m_2 der kleinen Kugel muss dazu gar nicht bekannt sein, denn sie hebt sich heraus. Nach der Messung von F_{Probe} ist M_{Erde} die letzte verbleibende Unbekannte und kann einfach bestimmt werden.

Cavendish-Experiment (1798)

Der Messapparat – eine Torsionswaage – stammte ursprünglich von dem Geologen John Michell, der ihn kurz vor seinem Tod 1793 fertiggestellt, selbst aber keine Messungen durchgeführt hatte. Cavendish betont, dass Michell die Idee schon vor Coulomb hatte, der 1785 auf die gleiche Weise die elektrostatische Anziehung und Abstoßung untersucht hatte. Für den Nachweis der noch sehr viel schwächeren Gravitation musste Cavendish die Waage teilweise umbauen, um Störfaktoren auszuschalten, insbesondere den Einfluss kleinster Temperaturschwankungen. Beispielsweise bediente er deshalb sein Experiment aus einem anderen Raum und machte die Ablesungen mit einem Fernrohr. Gemessen wurde die Winkel-Auslenkung einer an einem Torsionsfaden aufgehängten Hantel mit zwei Bleikugeln, wenn sie von zwei in unmittelbare Nähe gebrachten größeren Bleikugeln angezogen wurden. Die Rückstellkraft wurde nach dem hookeschen Gesetz proportional zum Auslenkungswinkel angenommen und aus der Eigenschwingungsperiode der Hantel bestimmt. Cavendish führte während eines ganzen Jahres sein Experiment 17-mal durch und berücksichtigte auch kleinste denkbare Störungen. Seine Endergebnisse für die Masse und Dichte der Erde weichen von heutigen Werten nur um 1 % ab. Mit Kenntnis der Erdmasse konnten aus dem Gravitationsgesetz nun auch die Massen anderer Körper des Sonnensystems bestimmt werden, sofern sie von beobachtbaren Begleitern umrundet werden.

Das Experiment von Cavendish gilt heute als Klassiker in der Geschichte der Physik. Es wird als erste Bestimmung der Gravitationskonstante G gewertet, die eine der drei fundamentalen Naturkonstanten ist. Cavendish selbst lag diese Betrachtungsweise noch fern, selbst der Begriff „Gravitationskonstante“ tauchte erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts auf.[8]

Werke (Auswahl)[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Henry Cavendish – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Da mit Wiegen die Bestimmung des Gewichts gemeint ist, das die Erde hätte, wenn sie an ihrer eigenen Oberfläche auf eine Waage gelegt würde, ist diese Umschreibung in sich unlogisch.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Clapham in the 18th century
  2. Blagdens Korrespondenzliste der Royal Society
  3. The History of the Cavendish Laboratory
  4. Richard E. Dickerson, Harry B. Gray und Marcetta Y. Darensbourg: Prinzipien der Chemie. Walter de Gruyter & Co Berlin 1988. S. 28.
  5. Martin Carrier: Cavendishs Version der Phlogistonchemie. S. 41.
  6. Martin Carrier: Cavendishs Version der Phlogistonchemie.
  7. Henry Cavendish: Experiments to determine the Density of the Earth (PDF) 1798 (englisch)
  8. B. E. Clotfelter: The Cavendish experiment as Cavendish knew it. Am. J. Phys. 55, 210 (1987); doi:10.1119/1.15214