Stefan, Josef#

* 24. 3. 1835, St. Peter bei Klagenfurt

† 7. 1. 1893, Wien

Mathematiker und Physiker
Begründer der österreichischen Physiker-Schule

Josef Stefan. Lithographie von R. Fenzl.
© Bildarchiv der ÖNB, Wien, für AEIOU

Lehrer von Ludwig Boltzmann

Josef Stefan wurde am 24. März 1835 als Jožef Štefan, Sohn eines slowenischen Müllers, in St. Peter bei Ebenthal (heute bei Klagenfurt) geboren.

Nach dem Besuch von Volksschule und Gymnasiums in Klagenfurt, absolvierte er ab 1853 ein Studium der Mathematik und Physik an der Universität Wien, das er 1859 mit der Promotion abschloss und sich 1858 für mathematische Physik habilitierte.

Bereits während seiner Studienzeit schrieb und veröffentlichte er einige Gedichte in slowenischer Sprache.

1859 übernahm er zunächst eine Lehrstelle an einer Oberrealschule in Wien, 1863 wurde er Professor der höheren Mathematik und Physik an der Universität Wien. Damit war er der jüngste ordentliche Professor der damaligen k. u. k. Monarchie.

1865 wurde er Direktor des Physikalischen Instituts und war 1876/77 Rektor der Universität Wien.

Von 1875 bis 1885 war er Sekretär der mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse der Akademie der Wissenschaften in Wien, 1883 Präsident der internationalen wissenschaftlichen Kommission der elektrischen Ausstellung und 1885 Präsident der internationalen Stimmtonkonferenz, die den Normalton "a" mit 435 Hertz festlegte.

Josef Stefan beschäftigte sich mit der Ausbreitung des Schalls, der Polarisation, Interferenz und Doppelbrechung des Lichts, der Diffusion und Wärmeleitung von Gasen, der Abhängigkeit der Wärmestrahlung von der Temperatur sowie mit elektrodynamischen Erscheinungen und der Induktion.

Insgesamt umfasst sein Werk 85 wissenschaftliche Publikationen, die meisten erschienen in Zeitschriften der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Seine wissenschaftlich bedeutsamsten Beiträge aber lieferte er zur kinetischen Gastheorie, speziell in den Bereichen Diffusion und Verdampfung, und zur Strahlung schwarzer Körper.
Stefan gelang es, zusammen mit Helmholtz, die Maxwellsche Theorie, die sich mit elektromagnetischen Feldern in ruhenden Medien befasst, auch auf dem europäischen Kontinent durchzusetzen.

Die berühmteste Leistung Stefans ist die Aufstellung des nach ihm und Boltzmann benannten Strahlungsgesetzes:

1879 fand er empirisch das 1897 nach ihm und Ludwig Boltzmann benannte Strahlungsgesetz (Stefan-Boltzmann-Gesetz), wonach die von einem schwarzen Körper ausgestrahlte thermische Strahlungsflussdichte P in direktem proportionalen Zusammenhang zur vierten Potenz der Temperatur T steht:

P = σ x T4

Dieses Gesetz wurde 1884 von seinem Schüler Ludwig Boltzmann theoretisch abgeleitet - damit war es Stefan erstmals gelungen, die Temperatur der Sonnenoberfläche zu berechnen.
Im 20. Jahrhundert ergab sich dasselbe Gesetz als Integral des Planckschen Strahlungsgesetzes (1900) für schwarze Körper, und mit der Einführung des Planckschen Wirkungsquantums zählt die Konstante  als Stefan-Boltzmann-Konstante zu den abgeleiteten Naturkonstanten.

Denkmal v. Anton Schmidgruber, Universität Wien, Arkadenhof
© Rainer Lenius

Josef Stefan starb am 7. Jänner 1893 in Wien.

Er ist auf dem Wiener Zentralfriedhof (Gr.46D/1/30) bestattet.

Sein Denkmal von Anton Schmidgruber befindet sich im Arkadenhof der Universität Wien.

Werke (Auswahl)#

• Über das Gleichgewicht und die Bewegung, insbesondere die Diffusion von Gasgemengen in: Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften Wien, 1871
• Versuche über die Verdampfung, in: Sitzungsberichte / Akademie der Wissenschaften in Wien, Philosophisch-Historische Klasse, 1873
• Über die Diffusion der Flüssigkeiten, in: Sitzungsberichte / Akademie der Wissenschaften in Wien, Philosophisch-Historische Klasse, 1879
• Über die Beziehung zwischen der Wärmestrahlung und der Temperatur, in: in: Sitzungsberichte / Akademie der Wissenschaften in Wien, Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Klasse, 1879
• Über die Beziehung zwischen den Theorien der Capillarität und der Verdampfung, in: Sitzungsberichte / Akademie der Wissenschaften in Wien, Philosophisch-Historische Klasse, 1886
• Über die Verdampfing und die Auflösung als Vorgänge der Diffusion, in: Sitzungsberichte / Akademie der Wissenschaften in Wien, Philosophisch-Historische Klasse, 1889
• Über die Theorie der Eisbildung, 1890, Monatshefte der Mathematik und Physik, 1890

Text aus dem "Fachlexikon Forscher und Erfinder", Nikol Verlag#

Stefan nahm 1853 das Studium der Mathematik und Physik an der Wiener Universität auf. Seine Lehrer waren unter anderem I. Petzval und A. v. Ettinghausen. Von 1857 an unterrichtete er als Lehrer für Mathematik und Physik an der öffentlichen Oberrealschule in Wien. Ein Jahr später wirkte er als Privatdozent für mathematische Physik. 1863 erfolgte die Berufung zum Professor für Physik an das Physikalische Institut der Universität Wien, dessen Direktor er drei Jahre später wurde. Unter seiner Leitung entwickelte sich das Institut zu einer international anerkannten physikalischen Forschungsstätte. Zu den berühmtesten Schülern von Stefan gehörten L. Boltzmann und F. Hasenöhrl.

In die Akademie der Wissenschaften zu Wien wurde Stefan mit 25 Jahren als korrespondierendes und mit 30 Jahren als ordentliches Mitglied gewählt. Seit seinem 40. Lebensjahr wirkte Stefan als Sekretär dieser wissenschaftlichen Gesellschaft. Sehr wirksam waren seine Beiträge bei der Ausarbeitung von Plänen für den Physikunterricht an den österreichischen Gymnasien. Außerdem war er Mitglied der österreichischen Kommission zur Erforschung des Adriatischen Meeres.

Stefan war ein universeller Physiker, der sowohl als Theoretiker als auch als Experimentator anerkannte Arbeiten über Probleme der Elastizitätstheorie, Hydro- und Aerodynamik, Akustik, Thermodynamik und Kristalloptik veröffentlichte. Auch technische Probleme bearbeitete er, z. B. 1879 die Tragfähigkeit von Elektromagneten.

Großen Raum nahmen Fragestellungen ein, die sich aus der Behandlung von Phänomen in Gasen mit der kinetischen Gastheorie ergaben, neben der Schallausbreitung, Diffusion und Absorption besonders die Wärmeleitung in Gasen. R. E. Clausius und J. C. Maxwell hatten Formeln für relative Werte der Leitfähigkeit in Gasen aus der kinetischen Gastheorie abgeleitet. 1872 gelang es Stefan, durch die Konstruktion eines speziellen Thermometers gesicherte experimentelle Werte zu gewinnen. Nach einem ähnlichen Verfahren gewannen 1875 A. Kundt und E. Warburg wenig abweichende Ergebnisse. Im gleichen Jahr knüpfte Boltzmann an die Arbeiten von Stefan seine Überlegungen zur Berücksichtigung intramolekularer Bewegungen an.

Für die Entwicklung der Physik gewann das 1879 von Stefan aus experimentellen Daten gefundene, 1884 von Boltzmann auf der Grundlage der Maxwellschen Elektrodynamik theoretisch begründete und nach beiden benannte Strahlungsgesetz besondere Bedeutung. Es ist in der von Max Planck 1900 aufgestellten Strahlungsformel enthalten, bei deren Herleitung Planck die Quantenhypothese formulierte. Das Stefan-Boltzmannsche Strahlungsgesetz sagt aus, dass die Gesamtstrahlung eines schwarzen Körpers der vierten Potenz der absoluten Temperatur proportional ist. O. Lummer und E. Pringsheim bestätigten dieses Gesetz 1897 erneut.

150. Geburtstag von Prof. Josef Stefan
© Österreichische Post

Stefan veröffentlichte zahlreiche Arbeiten über Probleme der Elektrodynamik. Wie viele Physiker im deutschsprachigen Raum bemühte er sich dabei, die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen aufeinander durch die Annahme von Fernwirkungen zu erfassen. Als er jedoch die Maxwellsche Elektrodynamik kennen lernte, die eine Nahwirkungstheorie der elektrischen und magnetischen Felder ist, wurde Stefan zu einem der engagiertesten Verfechter dieser Theorie auf dem europäischen Festland.
Der biografische Text beruht großteils auf dem Personeneintrag im „Fachlexikon Forscher und Erfinder“ und wurde dem Austria Forum freundlicherweise seitens Nikol Verlag, Hamburg, bzw. Harri Deutsch Verlag, Frankfurt a.M., zur Verfügung gestellt. (www.harri-deutsch.de)

Sonderpostmarke 1985, 150. Geburtstag

Literatur#

• A. von Obermayer, Zur Erinnerung an J. Stefan, 1893
• Ludwig Boltzmann, Nachruf auf Josef Stefan, in: Boltzmann: Populäre Schriften, Leipzig 1905
• Hans Thirring: Zum 100-jährigen Geburtstag von Josef Stefan, in: Forsch. Fortschritte 11, 1935

Quellen#

• Universität online
• Institut "Jožef Stefan"
• Fachlexikon Forscher und Erfinder, Nikol Verlag, Hamburg
• Allgemeine Deutsche Bibliographie