Michael Faraday wurde am 22.September 1791 in Newington Butts geboren und starb am 25.August 1867 in London. Er war britischer Physiker und Chemiker und ist vor allem wegen seiner Entdeckungen auf dem Gebiet der elektromagnetischen Induktion und der Gesetze der Elektrolyse berühmt geworden. Faraday war der Sohn eines Hufschmiedes und wuchs in ärmlichen Verhältnissen auf. Er erhielt eine dürftige Ausbildung im Lesen, Schreiben und im Grundwissen  des Rechnens. Mit 13 Jahren war seine Grundausbildung beendet. Im Oktober des Jahres 1805 begann Faraday bei einem Buchbinder in London eine Lehre. Durch diese Tätigkeit bekam er die Gelegenheit, viele der ihm anvertrauten Bücher zu lesen. Weil dem wissbegierigen Jungen dies allein bald nicht mehr genügte, besuchte er Rhetorikkurse und populärwissenschaftliche Vorträge. Für diese legte Faraday extra ein Notizbuch an, in dem er alles sorgfältig niederschrieb. Der Buchhändler Riebau war stolz auf seinen Lehrling und zeigte dessen Notizbuch einem wohlhabenden Kunden. Dieser war erstaunt und begeistert von Faraday und lud ihn 1812 zu einigen Vorträgen des berühmten Chemikers Humphrey Davy ein.

Davy nahm Faraday 1813 auf eine ausgedehnte Reise durch Europa mit und schon bald rückte Faraday in eine bessere Position auf.

1833 wurde er wie Davy Professor der Chemie.

Davy war häufig unterwegs und so kümmerte sich Faraday um die Vorträge der Gastdozenten und bereitete die Demonstrationsversuche vor.

1816 publizierte er seine erste eigene wissenschaftliche Arbeit über die chemische Analyse eines Ätzkalks.
1823 stellte er Chlor in flüssiger Form dar; 1824 fand er bei der Destillation fetter Öle die Stoffe Benzol und das Butylen.
Zu Faradays chemischen Arbeiten kamen technisch-physikalische hinzu: 1820 bis 1822 beschäftigte er sich mit der Herstellung rostfreier Stahlsorten, von 1825 bis 1829 mit der von Gläsern mit bestimmten optischen Eigenschaften.

Nach der Entdeckung des Elektromagnetismus durch Hans Christian Oersted wiederholten Davy und Faraday die Versuche, wobei sie zunächst noch der falschen Auffassung waren, dass es sich bei der Wechselwirkung zwischen elektrischem Strom und Magnetnadel um die konventionellen, in der Physik bekannten Kräfte, die in Richtung der Verbindungsgeraden liegen, handele.
Im August 1821 korrigierte sich Faraday und konstruierte am 4. September eine Vorrichtung, aus der ganz klar hervorging, dass die Kräfte senkrecht auf der Verbindungslinie stehen.
Ein elektrischer Leiter rotiert dabei um einen feststehenden Magneten; auf die gleiche Weise rotiert auch ein beweglicher Magnet um einen festangebrachten Leiter.
Damit hatte Faraday zum ersten Mal einen Elektromotor konstruiert, wenn auch nur in allereinfachster Form.
Faraday wollte nun auch den gewissermaßen umgekehrten Effekt auffinden: eine elektrische Wirkung des Magneten.
In seinem Notizbuch findet sich schon 1822 die bemerkenswerte Eintragung:

"Convert magnetism into electricity".

In den folgenden Jahren war es für Faraday ein wichtiges Ziel, diese 'Verwandlung' wirklich zu erreichen. Prinzipiell geeignete Versuchsanordnungen hatte er, wie das Labortagebuch zeigt, bereits 1825 und 1828 aufgebaut, aber die Messempfindlichkeit war zu gering.
Endlich entdeckte er am 29. August 1831 mit einer Anordnung, die wir heute einfach als Transformator bezeichnen, den langgesuchten Effekt der elektromagnetischen Induktion. In den folgenden Monaten wurde der Effekt nach allen Richtungen erforscht.

Da Faraday keinerlei mathematische Kenntnisse besaß, was auf seine schlechte Grundausbildung zurückzuführen ist, zog er als anschauliches Hilfsmittel zur Beschreibung der Versuchsergebnisse die magnetischen Kraftlinien heran.
Die Richtung des Induktionsstromes wird dann nach Faraday dadurch bestimmt, in welcher Weise die vom Nordpol zum Südpol verlaufenden Kraftlinien durch den Draht 'geschnitten' werden.
Obwohl sie zunächst nur eine Veranschaulichung waren, um Versuchsergebnisse bequem ausdrücken zu können, war Faraday doch überzeugt, dass die den Raum durchziehenden Kraftlinien doch physikalische Realität besitzen.
So prägte er - langsam tastend, aber doch konsequent Schritt für Schritt - gegen den Widerstand der meisten Fachkollegen den Begriff des magnetischen und elektrischen Kraftfeldes.

Mit den wissenschaftlichen Erfolgen änderte sich auch die äußere Stellung.
Er wurde 1824 Mitglied der Royal Society, 1825 Direktor der Royal Institution und nach und nach Ehrenmitglied von insgesamt 92 wissenschaftlichen Gesellschaften und Akademien.

Faraday stand, im Gegensatz zur überwiegenden Mehrheit seiner Kollegen, auf dem Boden des Dynamismus. Er betrachtete also als primäre Gegebenheiten in der Natur die 'Kräfte' (gemeint sind 'Energien') und glaubte fest  an die gegenseitige Umwandelbarkeit von Magnetismus, Elektrizität, Licht, Wärme, Galvanismus usw.
Diese Auffassung hatte ihn schon folgerichtig zur Entdeckung der elektromagnetischen Induktion geführt; sie prägte auch seine Gedanken bei der Interpretation der elektrolytischen Versuche, die schließlich in den Faradayschen Gesetzen mündete, leitete ihn aber schließlich ebenso 1845 zur Auffindung des Faraday-Effektes und bei der Erforschung des Magnetismus.

Faraday sprach deutlich von den verschiedenen Erscheinungsformen oder Ausprägungen der Naturkräfte ("conditions of force") und der Umwandlung von einer Naturkraft in die andere.

Diese Überzeugung durchzieht sein ganzes Lebenswerk.
So formulierte er schon 1839 - Jahre vor der Aufstellung des Energieprinzips von Julius Robert Mayer u.a. - ein 'energetisches' Argument gegen einen von Volta ersonnenen Mechanismus, der das Zustandekommen der elektrolytischen Spannung durch den bloßen Kontakt von Metallen ohne chemische Veränderung erklären sollte.

"Das würde in der Tat eine Schöpfung von Kraft sein...Allein niemals...findet eine Schöpfung von Kraft statt, eine Erzeugung von Kraft, ohne eine entsprechende Erschöpfung von etwas, ihr Nahrung gebendes."

Nach der Entdeckung der Spektralanalyse durch Kirchhoff und Bunsen suchte Faraday Anfang 1862 - seiner Grundüberzeugung vom inneren Zusammenhang aller Naturkräfte getreu -, eine Beeinflussung der Spektrallinien durch das magnetische Feld aufzufinden. Ein Erfolg blieb ihm versagt.
Wir wissen heute, dass lediglich das Auflösungsvermögen des von Faraday benutzten 'Steinheilschen Spektrometers' ungenügend gewesen war.

Seit etwa 1849 versuchte Faraday ebenso eine Umwandlung der Gravitation in andere Kräfte hervorzubringen, aber diese Bemühungen waren ebenso erfolglos wie fast 100 Jahre später die theoretischen Ansätze Einsteins, Gravitation und Elektrodynamik in einer Theorie zusammenzufassen.
Resignierend schrieb Faraday:

"Hier enden für jetzt meine Versuche, ihre Resultate sind negativ. Sie erschüttern aber das starke Gefühl in mir nicht, dass eine Beziehung zwischen Schwerkraft und Elektrizität vorhanden ist, obgleich die Experimente bis jetzt nicht bewiesen haben, dass es so ist."

Die Gesetze der Elektrostatik führen nicht nur zu Abschirmprozessen im mikroskopischen Bereich, sie eröffnen außerdem die Möglichkeit zur Abschirmung makroskopischer Felder. So können ganze Raumbereiche von (statischen) elektrischen Feldern freigehalten werden, indem sie von einer leitenden Oberfläche umgeben werden. Ein äußeres elektrisches Feld ruft auf leitenden Oberflächen Ladungen - so genannte Oberflächenladungen - hervor, die ihrerseits ein Feld erzeugen, das genau das äußere Feld kompensiert, also abschirmt; der eingeschlossene Raumbereich ist folglich vollkommen feldfrei.
Ein derartiger Faradayscher Käfig wurde zum ersten Mal 1836 von Michael Faraday konstruiert. Faraday führte u.a. einen Selbstversuch durch, bei dem er sich in das Innere eines Metallkäfigs begab und an diesen von außen Hochspannung anlegte. Ihm passierte dabei nichts, er konnte sogar von innen den Käfig berühren und trotzdem ging keine Ladung auf ihn über.
Eine solche Versuchsapparatur befindet sich z.B. im Deutschen Museum in München (Abb. 1).

Veranschaulichung am Plattenkondensator

Ein Plattenkondensator besteht aus zwei zueinander parallel stehenden Metallplatten (Kondensatorplatten).  Wenn man die zwei Kondensatorplatten eines Plattenkondensators direkt aneinander hält und diese in keiner Weise aufgeladen hat, sind die Ladungen innerhalb der Platten ungeordnet, die Elektronen sind frei beweglich, d.h. sie sind nicht ortsfest (Abb. 2).

Abb.2

Abb.3

Die Kondensatorplatten werden nun auseinander gezogen und entgegengesetzt aufgeladen. Die linke Kondensatorplatte wird positiv aufgeladen (+Q), die rechte negativ (-Q). Es entsteht ein homogenes Feld zwischen den Platten, das sogenannte Quellfeld. Man spricht davon, dass die Ladungen influenziert werden. Die linke Kondensatorplatte wurde positiv aufgeladen (+Q), es herrscht ein Elektronenmangel, die rechte Kondensatorplatte wurde negativ aufgeladen (-Q), hier herrscht ein Elektronenüberschuss. Die elektrischen Feldlinien beginnen bei der positiv geladenen Kondensatorplatte (+Q) und enden schließlich an der negativ geladenen Kondensatorplatte (-Q), dabei laufen sie parallel zueinander (Abb. 3).

Ein Metallring wird nach Abbildung 4 in den Plattenkondensator und damit in das homogene Feld gebracht. Mit einem empfindlichen Elektroskop oder einem Messverstärker kann man nun auf der linken äußeren Ringoberfläche negative Influenzladungen (-Q´), auf der rechten positive (+Q´) nachweisen. Im Innern des Rings findet man dagegen keine freien Ladungen.

Warum ist das Ringinnere feld- und ladungsfrei?

Zwischen den Kondensatorplatten herrscht zunächst nur das Feld nach Abbildung 3. In dieses wird nun der ungeladene Metallring eingebracht. Das Feld zieht in ihm so viele Elektronen nach links auf die äußere Oberfläche (-Q´), dass alle von der linken Kondensatorplatte (+Q´) kommenden Feldlinien an ihnen enden können (Abb. 4). Auf der rechten Oberfläche des Metallrings bleibt positive Ladung im Überschuss (+Q´). Von ihr gehen neue Feldlinien aus, die auf der Ladung –Q der rechten Kondensatorplatte ihr Ende haben. Die Influenzladungen sind also so über die Leiteroberfläche verteilt, dass sie das Leiterinnere vor den äußeren Feldern schützen. Die Feldlinien werden durch den Leiter sozusagen unterbrochen. Das Ringinnere ist also in der Elektrostatik ein feld- und ladungsfreier Raum (Bild 4).

Abb.4

Wenn man annimmt, dass sich im Metallinneren noch freie (d.h. nicht neutralisierte) Ladungen befinden, müssten zu diesen noch Feldlinien gelangen oder von ihnen ausgehen, die dann das Metall durchsetzen. Die Feldkräfte würden auch diese Ladungen an die Metalloberfläche ziehen. Erst dann ist ein vollständiges Gleichgewicht eingetreten.

In der Elektrostatik enthält das Innere eines Leiters weder Felder noch freie Ladungen. Diese findet man nur auf den Oberflächen.

Umkehreffekt

Das Prinzip des Faradayschen Käfigs wird nicht nur dazu verwendet, einen Raum feldfrei zumachen, auf den von außen elektrische Felder einwirken. Oft wird es auch dazu eingesetzt, um ein Feld nach außen abzuschirmen, damit die Umwelt nicht durch das jeweilige Feld beeinflusst wird. Hierzu wird ein Feld mit einem Metallkäfig umgeben und dieser wird geerdet (Abb. 5).

Abb.5

Um das Eindringen des Blitzes zu verhindern, ist keine vollkommen geschlossene Metallhülle erforderlich.
Es genüget bereits ein relativ breitmaschiger metallener Käfig, wie er beim Auto vorhanden ist.
Das Metall des Autos ist durch seine schwach gebundenen Elektronen gut leitfähig.
Wenn der Blitz das Auto trifft, werden die Ladungen innerhalb der Karosserie getrennt, es tritt Influenz auf. Dadurch wird ein Feld aufgebaut, welches das des Blitzes kompensiert (abschirmt). Da das Auto durch den Kontakt mit der Straße ständig geerdet ist, kann der Blitz abgeleitet werden.

Cabriolets sind weniger sicher,  jedoch können sie bei geschlossenem Verdeck schützen, wenn entweder ein Dachgerüst oder der Überrollbügel aus Metall besteht.

Unabhängig von seiner Wirkung als Faradayscher Käfig bietet das Auto den Insassen keine Garantie für absolut gefahrloses Fahren bei Gewittern. Die Karosserie kann sich verformen; besonders hoch ist jedoch bei Blitzschlag die Gefährdung für die Reifen. Da Reifengummi gut isoliert, setzt der Blitz beim Durchgang vom Stahlmantel zur Reifenlauffläche als Folge des hohen elektrischen Widerstandes große Wärmemengen frei, wodurch erhebliche Beschädigungen möglich sind.

Genauso wie das Auto sind auch andere Verkehrsmittel, wie z.B. die Eisenbahn oder ein Flugzeug, vor Blitzen geschützt. Bei Flugzeugen muss besonders auf einen guten Blitzschutz geachtet werden, da es in der Atmosphäre ständig zu Spannungsentladungen kommt. Flugzeuge werden daher relativ häufig von Blitzen getroffen, die Passagiere merken davon meist jedoch gar nichts.

In Kommunikationssystemen werden meist Kabel verwendet, die aus zahlreichen, mit Papier isolierten Drahtpaaren bestehen. Die einzelnen Drahtpaare sind verflochten, wodurch die durch andere Stromkreise im gleichen Kabel induzierte Interferenz gering gehalten wird. Zum Schutz gegen elektrische Interferenzen durch andere Stromkreise sind Rundfunkkabel oftmals mit einem geerdeten Metallgeflecht (Faradaykäfig) abgeschirmt.

Koaxialkabel bestehen im Prinzip aus mehreren Kupferrohren, in deren Mitte sich jeweils ein Leiterdraht befindet. Das Koaxialkabel kann in einem breiten Frequenzbereich eingesetzt werden und es eignet sich z.B. für die Signalübertragung beim Fernsehen.

Bildschirme waren schon immer strengen Kontrollen unterworfen, die genau festlegen, wie hoch die Strahlung sein darf, die von dem jeweiligen Gerät ausgestrahlt werden darf. Ein Teil der in einem Bildschirm entstehenden Strahlung lässt sich mit einem Faradayschen Käfig auffangen. Dazu wird im Innern des Bildschirms ein Metallkäfig installiert. Die schwedische TCO-Norm (Tjänstemännens Centralorganisation) legt Richtlinien für die technische Spezifikation fest. Ziel ist es, möglichst anwender- und umweltfreundliche Geräte herzustellen. Die TCO-Norm betrifft zum Beispiel Stromsparfunktion, Umweltverträglichkeit, Strahlenbelastung oder elektromagnetische Felder. Die derzeit aktuelle TCO-Norm ist TCO 99.