Henry Cavendish

Henry Cavendish

Henry Cavendish (* 10. Oktober 1731 in Nizza; † 24. Februar 1810 in London) war ein britischer Naturwissenschaftler. Seine bekanntesten Leistungen sind die Entdeckung des Elements Wasserstoff und die erste experimentelle Bestimmung der mittleren Dichte der Erde („Wiegen der Erde“), die in weiterer Folge die Bestimmung der Gravitationskonstanten ermöglichte.

Leben

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, 1st Duke of Kent. Die Familie Cavendish gehörte zum alteingesessenen Adel und war mit vielen anderen bedeutenden Adelsfamilien in Großbritannien eng verbunden. Henry wurde 1731 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 Mitgliedern 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

Cavendishs Apparat zum Erzeugen und Sammeln des Wasserstoffs

Entdeckung des Wasserstoffs und Verwerfung der Phlogistontheorie

1766 entdeckte Cavendish den Wasserstoff. Nachdem er den Knallgasversuchen von Joseph Priestley beigewohnt hatte, zeigte 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 Joseph Priestley 1774 führte zur Verwerfung der Phlogistontheorie durch Antoine Laurent de Lavoisier im Jahre 1778. 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

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 bekannten Störeinflüsse die Kraft nachweisen und vermessen, mit der sich der schwerere Probekörper mit der Masse m₁ = 158 kg und der leichtere Probekörper mit der Masse m₂ = 0,73 kg anziehen. Das Experiment bestimmte unter Annahme der Richtigkeit des von Newton postulierten Gravitationsgesetzes indirekt die Masse M_Erde der Erde und damit auch ihre mittlere Dichte. Das Experiment wurde daher populär 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 für das Verhältnis der Kraft F_Probe, mit der der leichte Probekörper vom schweren angezogen wird, und der Kraft und F_Erde, mit der der leichte Probekörper von der Erde angezogen wird (also seinem Gewicht):

$ {\frac {F_{\rm {Probe}}}{F_{\rm {Erde}}}}={\frac {\frac {m_{\rm {1}}\cdot m_{\rm {2}}}{R_{\rm {12}}^{2}}}{\frac {M_{\rm {Erde}}\cdot m_{\rm {2}}}{R_{\rm {Erde}}^{2}}}}={\frac {m_{\rm {1}}\cdot R_{\rm {Erde}}^{2}}{M_{\rm {Erde}}\cdot R_{\rm {12}}^{2}}}\ \ , $

R₁₂, R_Erde sind die jeweiligen Abstände. Die Masse m₂ des leichten Probekörpers 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 fertigstellte, selbst aber keine Messungen mehr durchgeführte. Cavendish betonte, 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 viel schwächeren Gravitation musste Cavendish die Waage teilweise umbauen, um Störfaktoren auszuschalten, insbesondere den Einfluss geringster Temperaturschwankungen. Er bediente deshalb sein Experiment aus einem anderen Raum und las die Messwerte mit einem Fernrohr ab. 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. Cavendish führte während eines ganzen Jahres sein Experiment 17 mal mit 29 Messungen durch und berücksichtigte auch kleinste denkbare Störungen. Seine Endergebnisse für G weichen um 1,2 Prozent und für die Dichte der Erde um 0,6 Prozent vom heutigen Wert ab. Mit Kenntnis der absoluten Erdmasse konnten aus dem Gravitationsgesetz nun auch die Massen anderer Körper des Sonnensystems bestimmt werden, die wie die Erde 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“ konnte erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts auftauchen, nachdem 1873 mit der ersten allgemeinen Definition einer Krafteinheit (Dyn) die begriffliche Voraussetzung dafür geschaffen worden war.^[8]

Werke (Auswahl)

• Henry Cavendish: An Attempt to Explain Some of the Principal Phaenomena of Electricity, by means of an Elastic Fluid: By the Honourable Henry Cavendish, F. R. S. Phil. Trans. January 1, 1771 61:584–677; doi:10.1098/rstl.1771.0056 (Volltext)
• Henry Cavendish: Experiments to determine the Density of the Earth. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 88 (1798), 469–526 (Volltext)
• Henry Cavendish in: Philosophical Transactions of the Royal Society of London (1776–1886). Internet-Archive online

Literatur

• Russell McCormmach, Christa Jungnickel: Cavendish: The experimental life. Bucknell, Cranbury N.J. 1999, ISBN 0-8387-5445-7.
• Russell McCormmach: Speculative truth: Henry Cavendish, Natural philosophy and the rise of modern theoretical science. Oxford University Press, Oxford 2004, ISBN 0-19-516004-5.
• The electrical researches of the Honourable Henry Cavendish; edited by J. Clerk Maxwell. Written between 1711 and 1781. Edited from the original Manuscripts in the Possession of the Duke of Devonshire. Publisher: The University Press, Cambridge, 1879
• George Wilson: The Life of the Hon. Henry Cavendish: Including Abstracts of His More Important Scientific Papers. Printed for the Cavendish Society, London 1851
• Henry Cavendish in: Dictionary of National Biography – Seite 348–353, Volume IX – London 1887

Weblinks

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

• Eintrag zu Cavendish; Henry (1731 - 1810); Natural Philosopher im Archiv der Royal Society, London
• Eintrag in der Classic Encyclopedia (Memento vom 23. Januar 2013 im Internet Archive) (englisch)
• Famous Chemists Henry Cavendish

Anmerkungen

Einzelnachweise