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Physik (im 19. Jahrhundert).

Theorie; Kater erfand 1818 das Reversionspendel, und Foucault lieferte 1851 durch seinen berühmten Pendelversuch den direkten Beweis für die Achsendrehung der Erde. Die Wärmelehre hat ebenfalls in dem betrachteten Zeitraum sowohl in theoretischer als experimentelle Hinsicht bedeutende Fortschritte aufzuweisen. In ersterer Beziehung sind die noch auf dem Begriff des Wärmestoffs fußenden mathematischen Bearbeitungen von Fourier (1822) und Poisson (1835) zu erwähnen; in letzterer Hinsicht ragen hervor die Untersuchungen über strahlende Wärme, welche Melloni (1831) mittels des von Nobili erfundenen Thermomultiplikators anstellte. Außerdem sind noch zu erwähnen die Arbeiten von Péclet, Forbes, Regnault, Magnus, Favre und Silbermann, Thomsen u. a. Die Undulationstheorie des Lichts wurde weiter ausgebildet durch Fraunhofer (1821), J. Herschel (1828), Schwerd (1835), Cauchy (1863), von denen der erste die Wellenlängen für die dunkeln Linien des Sonnenspektrums bestimmte, der letzte die Dispersion aus der Wellenlehre erklärte. Dem französischen Physiker Fizeau gelang es 1849, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichts terrestrischer Lichtquellen zu messen, und Foucault krönte 1853 den bereits entschiedenen Sieg der Wellenlehre durch den Nachweis, daß sich das Licht im Wasser langsamer fortpflanzt als in der Luft. Stokes bearbeitete erfolgreich die Fluoreszenz, Becquerel die Phosphoreszenz. Die Polarisationsapparate erlangten durch die Erfindung des Nicolschen Prismas (1828) eine größere Vollkommenheit. Die physiologische Optik wurde bereichert durch das Stereoskop (Wheatstone 1838) und durch das Phänakistoskop, welches Stampfer und Plateau 1832 fast gleichzeitig erfanden. Eine durchgreifende Umarbeitung erfuhr dieser Teil der Optik durch Helmholtz, den Erfinder des Augenspiegels (1851). Die Photographie verdankte ihre Entstehung der schon länger bekannten Thatsache, daß das Licht gewisse Substanzen, z. B. die Silbersalze, chemisch zu verändern vermöge. Nachdem schon Wedgewood und Davy 1802 Bilder von flachen Gegenständen, welche unmittelbar auf Chlorsilberpapier gelegt wurden, dargestellt hatten, gelang es zuerst Nicéphore Niepce 1827, das Bild der Camera obscura auf einer Asphaltschicht zu fixieren. Daguerre lehrte 1839 die Herstellung von Lichtbildern auf jodierten Silberplatten (Daguerreotypie), und Talbot veröffentlichte 1842 sein ihm zu Ehren "Talbotypie" genanntes Verfahren, Bilder auf Jodsilberpapier herzustellen, welche der Vervielfältigung fähig waren. Nachdem der jüngere Niepce das Talbotsche Papiernegativ durch eine auf Glas ausgebreitete Eiweißschicht und Legray 1850 das Eiweiß durch Kollodium ersetzt hatten, war die Photographie in ihrer heutigen Gestalt dem Wesen nach vollendet.

Eine neue Epoche in der Entwickelung der P. wurde durch die Entdeckung des Satzes von der "Erhaltung der Energie" ("Erhaltung der Kraft") heraufgeführt. Dieses Prinzip, von Julius Robert Mayer 1842 zuerst verkündet und von Helmholtz 1847 den Prinzipien der Mechanik gemäß wissenschaftlich ausgestattet, bildet die Grundlage einer neuen physikalischen Weltanschauung, welche nicht nur die bis dahin unvermittelt nebeneinander stehenden Einzelgebiete der P. unter einen gemeinsamen Gesichtspunkt zusammenfaßt, sondern auch auf das Gesamtgebiet der übrigen Naturwissenschaften ihre erhellenden Strahlen wirft.

Die durchgreifendste Umgestaltung erfuhr die Wärmelehre durch die neue Anschauung. Mayer berechnete das "mechanische Äquivalent der Wärme" aus der Arbeit, welche die erwärmte Luft bei der Ausdehnung leistet, fand aber eine zu kleine Zahl, da die richtigen Werte für die spezifische Wärme der Gase bei konstantem Druck und konstantem Volumen, welche erst in den 50er Jahren von Regnault ermittelt wurden, damals noch nicht bekannt waren. Ebenso erging es Holtzmann und Colding, und erst Joule gelangte 1843-49 zu dem richtigen Werte. Der Satz von der Äquivalenz zwischen Wärme und Arbeit gewährte den sichern Boden, auf welchem sich eine mechanische Theorie der Wärme aufbauen ließ. Dieser Bau wurde auch alsbald von Clausius, Thomson und Rankine in Angriff genommen. Clausius fügte zu jenem ersten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie von der Äquivalenz von Wärme und Arbeit den zweiten Hauptsatz von der Äquivalenz der Verwandlungen hinzu (1850), indem er denselben auf den Grundsatz stützte, daß die Wärme nicht von selbst (ohne Kompensation) aus einem kältern in einen wärmern Körper übergehen könne. Hiermit war einem berühmten Satz über Arbeitsleistung durch Wärme, welchen Sadi Carnot bereits 1824 aufgestellt hatte, sein richtiger Ausdruck gegeben. Die neue Theorie verknüpfte bekannte Erscheinungen durch ein einziges umfassendes Prinzip und brachte viele bisher wenig begriffene Vorgänge und Thatsachen zum Verständnis. Ja, sie vermochte bisher nicht bekannte Erscheinungen und Beziehungen, welche später durch Versuche bestätigt wurden, vorauszusagen; so z. B. die Änderung des Schmelzpunktes mit wachsendem Druck und das Verhalten der gesättigten Dämpfe, welches wegen der darauf sich gründenden Beurteilung der Arbeitsleistung der Dampfmaschinen auch technisch von Wichtigkeit ist. Sie gab den Anstoß, daß die Versuche zur Flüssigmachung der sogen. permanenten Gase wieder aufgenommen wurden, indem sie zeigte, daß es für jedes Gas eine "kritische Temperatur" (Andrews 1874) geben müsse, oberhalb welcher es auch durch den stärksten Druck nicht verflüssigt werden könne, unterhalb welcher aber bei genügender Drucksteigerung und Wärmeentziehung die Verflüssigung möglich sei. In der That gelang es Cailletet und Pictet fast gleichzeitig (1877) Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff zu Flüssigkeiten zu verdichten. Die P. der Gase ist überhaupt das Gebiet, auf welchem die Wärmemechanik besonders große Erfolge errungen hat. Namentlich wurde eine bereits von Daniel Bernoulli (1738) aufgestellt Hypothese über das Wesen des gasförmigen Zustandes von Krönig (1856) und Clausius (1857) von neuem ausgesprochen und aus ihr durch die Arbeiten von Clausius und Maxwell die kinetische Theorie der Gase (s. d.) entwickelt. Die alten Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac ergaben sich als notwendige Folgerungen aus der neuen Theorie, welche auch die übrigen physikalischen Eigenschaften der Gase in ungezwungener Weise zu erklären vermag und für mehrere fundamentale Gesetze der theoretischen Chemie die Begründung lieferte. Sie hat ferner die Energie der bewegten Moleküle und ihre Weglänge zwischen zwei aufeinander folgenden Zusammenstößen in absolutem Maß bestimmt und sogar auf diese Daten kühne Schlüsse hinsichtlich der absoluten Größe und des Gewichts der Moleküle und Atome gebaut (Loschmidt 1865, Thomson 1870, Maxwell 1873).

Vom Gesichtspunkt des Prinzips der Erhaltung der Energie aus erscheinen alle Vorgänge in der Natur bloß als Verwandlungen einer Art Energie in eine andre Art Energie, und sämtliche Energien der Natur (Wärme, Licht, Schall, gespannte und bewegte Elektrizität, chemische Trennung und mechanische Arbeit)