Klik op de afbeelding , om de figuren te bekijken ,
die behoren bij de hieronderstaande tekst :
Heinrich Hertz( 22 feb. 1857 - 1 jan .1894 )
afbeelding1 : Hertz1 ( 4 fotos)
Voorwoord : In 1886 en 1887 voerde Hertz , die de voornaamste voorloper
(
zonder dat hij het zelf wist ) van de radio mag genoemd worden en
vooral van de antennes , zijn vermaarde laboratorium-proeven uit , die
het hem
mogelijk moesten maken , de juistheid vast te stellen van de veronderstel-
lingen door de Engelse Maxwell gemaakt , dat lichtgolven identiek zijn
aan elektromagnetische golven .Faraday had ontdekt , dat gepolariseerd
licht , dat doorheen een plaatje dik glas straalt , een draaiing ondergaat
als het plaatje in een magnetisch veld gebracht wordt. Hij toonde daarmee
aan dat er een verband bestaat tussen elektriciteit en magnetisme .Helaas
had Faraday geen kaas gegeten van wiskunde, maar Maxwell zoveel temeer.
Hij toonde aan dat een elektrisch veld een magnetisch veld opwekt en
omgekeerd, en dat elektrische en magnetische velden dus niet afzonderlijk
kunnen bestaan. Ze houden elkaar in leven , en Maxwell beschreef zuiver
wiskundig , hoe deze velden zich zouden behoren te gedragen . Hij definieerde
ook het begrip verschuivingsstroom in een diëlektricum , dat voor het
eerst
te berde gebracht was door Ampere .Maxwells vergelijkingen voor de
vrije ruimte ,leidden tot differentiaal-vergelijkingen zoals die reeds
bekend waren uit de theorie van het geluid , door Simeon Denis Poison
in 1820 .
In feite heeft Maxwell de Poisson golfvergelijkingen als
voorbeeld genomen , om aan te tonen dat vlakke elektromagnetische
golven , transversaal gepo-lariseerd zijn , net zoals lichtgolven
.Hertz bewees proefondervindelijk dat elektrische golven ,zich zoals
lichtgolven ,rechtlijnig voortplanten en kunnen weerkaatst en gebroken
worden .
Hij ontwierp een oscillator met een golflengte van 5,5
meter , dus een zodanig hoge frekwentie als niemand hem ooit tevoren
had voorgedaan . Deze zeer hoog-frekwente trillingen (decametrische
golven of VHF-gebied) dreef hij in
een verbeterde uitvoering van zijn oscillator nog op tot in het ultra-hoog-
frekwent gebied (UHF) , met namelijk een golflengte van 0,6 meter.
Als erkentelijkheid aan deze grote onderzoeker , heeft de internationale
wetenschappelijke gemeenschap aan het aantal trillingen per sekonde ,
de benaming hertz toegekend als eenheid van frekwentie.( in plaats
van het amerikaanse cycles ) . In 1875 beschreef Hendrik Antoon Lorentz
de voortplanting van golven in een kristal ,en de straalbreking ervan ,volgens
de
wet van Snellius .In 1888 maakte de Austro-Hongaar Tesla een toestel ,
een soort transformator waarmee hij Hertze golven kon
uitzenden.In 1890 bouwde Branly een coherer , dit is een toestel
waarmee hij Hertze golven kon opvangen en detecteren , en in 1896
verwezenlijkte de Italiaan Marconi draadloze telegrafie op grote
afstanden .Het radiotijdperk was begonnen .
Hertz : een kort , maar inventief leven .
Heinrich Rudolph Hertz werd geboren in Hamburg , Duitsland , op 22 februari
1857.Hij
was de oudste zoon van Dr. G. Hertz , een advocaat die daarna rechter
werd en vervolgens senator . Hij behoorde tot een familie van
invloedrijke en suksesvolle handelaars. Zijn moeder , was de dochter
van een geneesheer , en de afstammelinge van een lange lijn
Lutheriaanse ministers , die allen op hoog kultureel niveau hadden
geleefd en gewerkt .Tijdens zijn middelbare schooljaren , maakte
hij op een eigen schaaf- en draai-bankje , natuurkundige instrumenten ,
en een galvanometer. Hij was zo goed in handwerk , dat zijn leraars
tegen zijn moeder zegden : "laat hem toch vakman worden ".
Na zijn middelbare studies studeerde Hertz op 20-jarige leeftijd te München .
Hij dacht er eerst over , om ingenieur te worden. Zijn vader was er mee
akkoord
gegaan dat hij architect zou worden of ingenieur.Maar na twee
jaren studie in die richting , voelde hij zich gegrepen door de zuivere
natuurwetenschappen . In november 1877 schreef hij aan zijn
ouders een lange brief over zijn toekomst-plannen : "Ik ben werkelijk
beschaamd om het te zeggen , maar ik moet wel : ik verwaarloos op het
ogenblik mijn professionele studies , omdat ik aanvoel , dat ik slechts
een tweederangs ingenieur zal worden . Daarom wil ik mij nu
concentreren op de studie van de natuurwetenschappen . Ik vraag U
, mijn vader ,mij in deze beslissing te willen steunen , veeleer
dan mij één of ander advies te geven .U hebt mij nooit een stroobreed
in de weg gelegd , en ik denk dat u ook nu akkoord zult gaan met deze
wetenschappelijke studies ". Hertz veranderde dus van studierichting
aan de Universiteit en het Technisch Instituut ,en bracht bij zijn
studie van de wiskunde en de mechanica, veel tijd door in het
laboratorium voor fysica . In oktober 1878 , verhuisde hij naar Berlijn
om daar te gaan studeren bij de professoren Helmholtz en Kirchoff .
afbeelding 2 : Helmholtz_portret en Helmholtz_postzegel naast elkaar
Helmholtz
had reeds in 1847 aangetoond , dat elektrische trillingen kunnen
opgewekt worden in L-C (zelfinductie-kapaciteit)- ketens,maar hij had
er geen bevredigende uitleg kunnen aan geven. Enkele jaren later , in
1853 , kon William Thomson dat wel , door een duidelijke uitleg te
verstrekken over elektrische schommelingen in gesloten kringen . In
1865 publiceerde de Engelse geleerde Maxwell een uitstekend theoretisch
werk over de verspreiding van elektrische en magnetische golven
doorheen geleiders , en in de ruimte , gevolgd door On
Electromagnetic Waves in Air , and their Reflection .
Hertz schreef aan zijn ouders : "de professoren (Helmholtz en Kirchoff)
zijn giganten , en ik ben nu echt gelukkig ".Helmholtz was een veelzijdig
genie. Hij onderwees fysiologie , anatomie , natuurkunde en wiskunde.
Zijn ontdekkingen omvatten de meting van de snelheid waarmee een
impuls
zich doorheen de zenuwen voortplant, de bewegingen van
geluidsgolven,en het samenvallen van twee hoorbare trillingen tot een
samengestelde onhoorbare , de wet van het behoud van energie , de
theorie van de kleuren-cirkel (belangrijk voor de latere
kleuren-televisie), de uitvinding van de ophthalmoscoop , een
instrument dat nu nog gebruikt wordt door opticiens om fouten van de
ogen vast te stellen ,akoestische harmonie , enz .
In 1880
behaalde Hertz zijn Doctoraat in de Wetenschappen , hetgeen toen
Doctor in de Filosofie (van de mechanica) genoemd werd . In oktober
van dat jaar werd hij aangesteld als assistent van Helmholz , door
wiens raadgevingen hij gestimuleerd werd . Deze samenwerking duurde
drie jaar tot 1883 , jaar waarin hij aan de Universiteit van Kiel mocht
beginnen als Docent in de Theoretische Natuurkunde.Hij begon toen
grondig de elektromagnetische theorie over het licht te
bestuderen,openbaar gemaakt door Maxwell.
In april 1885
werd hij bevorderd tot Professor in de Experimentele Natuurkunde , en
hij begon toen les te geven (tot 1889) aan de Technische Hogeschool te
Karlsruhe . In 1886 , hij was toen 29 jaar ,huwde hij daar met de
dochter van de professor (aan dezelfde instelling) in de geodesie ( =
studie van de aardkunde , de aantrekkingskrachten , de wederwerking
tussen aarde en maan , de weersomstandigheden en de evolutie van het
klimaat op aarde , enz.).Het huis van de jonggehuwden werd de
ontmoetingsplaats voor hun medewerkers ,en hun talrijke kulturele
gespreksavonden . Het was in Karlsruhe , dat Hertz , opzoekingswerk
begon op het gebied van de voortplanting van elektrische golven .
Vooraleer hij daarin ver genoeg gevorderd was ,werd hem in 1889
aangeboden , de juist overleden , befaamde Professor Clausius , op te
volgen aan de Universiteit te Bonn. Hij aanvaardde deze betrekking van
Professor in de Natuurkunde, en was aldus op slechts 32-jarige leeftijd
gestegen tot een topfunktie in de academische wereld ,die velen op
slechts veel latere leeftijd met moeite bereikten .
Spijtig
genoeg , heeft hij van deze suksesvolle loopbaan slechts gedurende een
korte tijd kunnen genieten , want in de zomer van 1892 werd hij ernstig
ziek , volgens de toenmalige dokters in de geneeskunde ,( die in die
tijd nog niet ver gevorderd was ) , door een chronische
bloedvergiftiging , te wijten aan het niet verzorgen van een oude
kaakontsteking , die aan het zweren was gegaan .
Aan hevige pijnen
lijdend , is hij daaraan op 1 januari 1894 gestorven . Hij zou
bijna een maand later , 37 jaar geworden zijn .In een afscheidsbrief ,
gedateerd
9 december 1893 aan zijn ouders , schreef hij : " Als er
mij werkelijk iets overkomt , moet ge niet treuren , maar een weinig
fier op mij zijn , omdat ik tot de uitverkorenen behoorde , die maar
kort leefde , maar toch genoeg leefde . Ik heb dit noodlot niet gewild
, maar nu dat het mij getroffen heeft , moet ik er maar in berusten ".
Onder zijn verzamelde werken , vindt men een verhandeling over de funda-
mentele elektromagnetische vergelijkingen van Maxwell , waardoor hij hulde
brengt aan zijn voorloper , die hem inspireerde . Een ander werk handelt over
" elektrische golven en hun uitbreiding ". Hij beschrijft ook de invloed , die
ultra-violet
licht heeft , op een elektrische ontlading . In feite gaat het over de
bevrijding van elektronen uit een materie , die getroffen wordt door
U.V.-licht ,met een gasontlading tot gevolg. En zoals Röntgen het zou
aantonen ,had Hertz ook al vastgesteld " dat zekere stralen (
kathodestralen) in staat waren , dunne metalen platen te doordwarsen ,
zonder er de struktuur van aan te tasten ".
Hij schreef een
boek over "die Prinzipien der Mechanik " , nog met grote moeite
afgewerkt tijdens de maanden van zijn ziekte , en enkele maanden na
zijn dood gepubliceerd. Hierin staat een voorwoord van Helmholtz , die
de auteurs leven en werk schetst en hem posthuum looft voor zijn
prestaties .
Het streven en het opzoekingswerk van Hertz
Met betrekking tot het gedrag van lichtgolven , was Newtons theorie over het
corpusculair karakter daarvan , in de vroege jaren 1800 , gevolgd geweest door
de golf-theorie van Young en Fresnel , die vooropstelden dat het licht zich door-
heen de ruimte voortplant in de vorm van longitudinale en transversale golven.
Maxwell en Pointyng spraken over golven , die zich in twee loodrecht op elkaar
staande vlakken , met de snelheid van het licht voortplantten volgens de Poynting-
vektor . Hertz heeft daar jaren later op voortgeborduurd en aangetoond dat licht ,
een fosforescerende oplichting kan verwekken in vaste-toestand middens , en
ook in vloeistoffen . Men kan dit trouwens waarnemen aan de oppervlakte
van
zeewater , " das leuchten " , bij het vallen van de avondschemering
.Ook de optica kreeg door al deze opzoekingen , een ferme duw vooruit .
Vastgesteld werd dat elektromagnetische velden aanwezig waren in de
isolatie ,het diëlectricum ,
( benaming die in die tijd voor het
eerst gegeven werd ) rond metalen stroomvoerende geleiders , en tussen
de twee platen van een kondensator , waar het magnetisch veld
altijd samengaat met een elektrisch veld , en er steeds loodrecht
opstaat.Hertz geloofde daardoor , dat er een rechtstreeks verband
bestond tussen licht , elektriciteit en magnetisme . Daarop zoekend ,
vond hij , dat het vlak waarin licht gepolariseerd is , verdraait ,
wanneer het onderworpen wordt aan een magnetisch veld . ( analoog met
de opzoekingen van Faraday) .
Vanaf 1886 , was hij een lange reeks onderzoekingen begonnen , over elektrische
trillingen , voortkomend uit de interesse , die Helmholz in 1879 bij hem gewekt
had , door te suggereren , dat hij door een dergelijke studie een prijs kon winnen ,
voorgesteld door de Berlijnse Academie der Wetenschappen . Daarvoor moest hij
een gedeelte van de theorie van Maxwell bewijzen , namelijk het verband tussen
diëlektrische
polaristatie , en elektromagnetische straling , een project dat hij
vroeger reeds aangevat had , maar verlaten had ,wegens het niet
voorhanden zijn van schakelingen , die trillingen met een voldoende
hoge frekwentie konden opwekken .
Toen hij tijdens zijn voorlezingen te Karlsruhe , twee platte spiraalvormig gewik-
kelde spoelen gebruikte , dicht tegen elkaar opgesteld , en derhalve met elkaar
magnetisch
(inductief) gekoppeld zoals in een transformator , stond hij tijdens
een demonstratie verbaasd over het feit dat het zo gemakkelijk was ,
tussen de klemmen van de secundaire spoel , vonken te trekken , op het
ogenblik dat een geladen Leidse fles werd ontladen doorheen de primaire
.
afbeelding 3 : Hertz2 : Leidse Fles
Een
Leidse fles werkt als kondensator , die in bepaalde omstandigheden ,
door ontlading in de eigen zelfinduktie van haar elektroden ,een
uitstervende trilling kan teweegbrengen . Een trage trilling ,want de
eigen kapaciteit van de fles is te groot . Als dat met een dergelijke
trage ontlading mogelijk was , dan veronderstelde hij , dat het
effekt veel groter zou zijn , indien hij daarvoor snellere ontladingen
kon gebruiken , en hij monteerde daarvoor op de uitgangsklemmen van een
klos van Rhumkorff twee korte messing-staven , in het verlengde
van elkaar eindigend op een koperen bolletje , met daartussen een
onderbreking , dus een luchtspleet , om daarin vonken te laten
overspringen.
afbeelding 4 : klos van Rhumkorff en schakeling Rhumkorff naast elkaar
Door
de opstelling in hun verlengde , met de lucht van de luchtspleet als
diëlectricum , hadden de twee staven een geringe
zelfinduktie , en een kleine kapaciteit , als waren het twee
dunne platen van een kondensator .Ze vormden dus een elektrische
trillingskring , met kleine L en C , die door de getrokken vonken in de
luchtspleet , aangestoten werd , en daardoor op hoge frekwentie aan het
trillen ging . De Amerikaan , Joseph Henry ,had reeds aangetoond , dat
de ontlading van een kondensator ,in bepaalde gevallen kon plaatsvinden
in de vorm van gedempte trillingen , en William Thomson ( ook Lord
Kelvin genoemd) had in 1853 de befaamde formule opgesteld van de
periode van een elektrische trilling in een L,C trilkring :
T = 2p.ÖL.C sekonden ( tweemaal pi , vermenigvuldigd
met de vierkantswortel uit het produkt L maal C ), waarin L de
zelfinductie was in henries , en C de kapaciteit in farads.Deze
berekening werd in 1859 geverifieerd door Federsen, die er
eksperimenteel in geslaagd was oscillaties op te wekken ,met een
frekwentie van rond de 100000 trillingen per sekonde. Geen enkele
alternator , kort voor die periode uitgevonden door Alexanderson ,noch
een roterende schakelaar , was er in gelukt een wisselspanning met een
dergelijke hoge frekwentie voort te brengen . Maar Hertz wilde meer ,
en afgaande op de vooropstellingen van Maxwell , had hij
een hoogfrekwente oscillator gebouwd , die hij , met variaties ,
trillingen kon laten voortbrengen , met een golflengte gelegen tussen
enkele meters en 30 centimeters ,dus het gebied van de korte golven .
Hij wou hiermee een voldoende hoge e.m.k. induceren in een
sekundaire , waarvan hij de vorm nog niet vastgelegd had , om vonken
over haar klemmen te kunnen trekken . Over dit opzoekingswerk
publiceerde hij in mei 1887 een verhandeling "over zeer snelle
trillingen ". Om deze trillingen op te vangen , stelde hij een detector
voor , die bestond uit een 2 millimeter dikke koperdraad , gebogen in
de vorm van een rechthoek ( van 75 cm x 75 cm , resonerend op een
golflengte van 4 maal 75 cm = 3 meter,gemonteerd op een houten raam uit
droog hout ) .Door wijzigingen in de lengte van de draad , vond hij ,
dat hij enkel een goed resultaat bereikte , wanneer deze sekundaire
keten ( zijn " resonator ") in resonantie afgestemd was op de
frekwentie van de primaire .Dit was het geval bij een draadlengte van
drie meter ,als halve golf , zodat de volledige golf 6 meter was ,
hetgeen overeenstemt met een frekwentie van 50 Megacycles .
afbeelding 5 Hertz resonator 1 ( dat is de figuur met R , L1,L2 ,V en O)
De
klos van Ruhmkorff R laadde de metalen kogelvormige ladingselementen L1
en L2 op , waardoor vonken in de luchtspleet V getrokken werden , die
een voldoende straling verwekten om in de luchtspleet van de
ontvangstlus O , minuscule vonkjes te doen overslaan . ( proeven
in 1884/1885)
Nochtans verving hij achteraf de vierkante lus
,definitief door een cirkelvormige ( een idee van Helmholtz ),
met 70 centimeter diameter , overeenkomend
met een golflengte van pi maal 0,7 = 2,2 meter , omdat de cirkelvorm gemakke-
lijker
hanteerbaar was . Hij had de cirkelvormige draad gesloten op een
zeer kleine luchtspleet , waarvan de grootte instelbaar was met
een micrometer-schroef tot een grootte van een tiende van een
millimeter, met de bedoeling daartussen een vonkenboog te trekken
,veroorzaakt door de exciterende primaire kring.
afbeelding 6 : foto ontvangstlus universiteit Karlsruhe
De in de universiteit van Karlsruhe bewaarde ontvangstlus ,waarvan hierboven de
foto , en die hij zijn cirkelvormige resonator noemde ,heeft een golflengte , die
gelijk is aan 7,95 maal de diameter .
Hij
had dit alles met veel geduld uitgeprobeerd en vermeldde in zijn
publicatie daarover ,dat hij in de duisternis van een donker gemaakte
kamer ,zelfs op vrij grote afstand van de exciter met de klos van
Rhumkorff , vonken had kunnen waarnemen in de luchtspleet van zijn
cirkelvormige ontvangstspoel . Tijdens de
waarnemingen , stelde hij vast , dat het vonken verbeterde door bestraling met
ultraviolet
licht. Dit is een verschijnsel , hierboven reeds vermeld ,dat vandaag
verklaard kan worden met de Quantum-Mechanica van Schrödinger . Hij
voerde ook de afstand tussen de zender en de ontvanger
geleidelijk op tot 12 meter .
Daarbij straalde , achteraf bekeken , zijn vonkenzender , rond de tien kilowatt
vermogen
uit , bijzonder hoog voor die tijd , waarvan in de ontvangstspoel
ongeveer 1 watt overbleef , voldoende om een vonkje te trekken .
afbeelding 7 : Hertz resonator 2 (dat is
de figuur met de naast elkaar twee cirkelvormig getekende lussen en
de geinduceerde e.m.k volgens Maxwell)
De vonkjes waren microscopisch klein ,slechts een honderdste van een millimeter
lang , en ze duurden een miljoenste van een sekonde , d.w.z. dat ze een frekwentie
van
1 MegaHerz hadden . Deze frekwentie-aanduidende benaming bestond toen
nog niet , maar men zou ze later internationaal invoeren , als
eerbetoon aan het
pionierswerk van Hertz . Niet alleen bestudeerde hij verschillende vormen van
elektromagnetische
inductie tussen een primaire en een sekundaire , op een afstand van
elkaar gelegen , maar ook het begrip "afstemmen in resonantie " ,
hetgeen
hij na de proeven met zijn cirkelvormige spoel , ook deed met een
gestrekte draad .Nog in hetzelfde jaar 1887 spande hij twee
draden evenwijdig met elkaar , en stelde vast ,dat deze een halve
golflengte lang moesten zijn om in resonantie te kunnen trillen .
(primordiaal voor de goede werking van onze huidige antennen).Men noemt
een dergelijke draad een halve golf dipool of een Hertz-dipool ,
en hij heeft een revolutie teweeggebracht in de ontvangst-en
zendtechnieken in de telecommunicaties .
figuur 8 : overgang tot gestrekte draad
Hij ontdekte toen ook al , dat men een
draad
van 3 meter lengte kon verkorten tot 2,6 meter , door de twee uiteinden
kapacitief te belasten met metalen elementen, hetgeen tientallen jaren
later zou toegepast worden in zend-en ontvangst-antennen om er de
fysische lengte van te verkorten .( ook in vertikale antennen met
zogezegde kapacitieve hoed ) .
In november 1887 deelde hij de
resultaten van zijn opzoekingen mee aan de Berlijnse Academie .Een jaar
later , in 1888 , herhaalde hij de proeven , deze keer met twee
vertikaal opgestelde dipolen , waarachter hij een metalen parabolische
spiegel , samengesteld uit vertikale metalen stroken ,had geplaatst
,dus de voorloper van antennen voor radar , en van radiotelescopen. Hij
ontdekte dode gebieden in het verlengde van de as van de dipolen
, en bij de horizontaal geplaatste dipolen,zette hij de elektrische
krachtlijnen uit met krijt op de vloer . De sterkste krachtlijn stond
loodrecht op het midden van de dipool .
afbeelding
9 parabool-bundeling ( figuur met twee
parabolen waartussen horizontale rechte lijnen met daaronder
stralingsdiagramma)
De dipolen stonden in de brandlijn van de
parabolen . De zender werkte nog steeds met een klos van Ruhmkorff . De
proef lukte niet goed , omdat volgens
Hertz , de afmetingen van de metalen spiegel ( men kende het woord reflector
toen nog niet ) te klein waren , op de gebruikte golflengte .Volgens hem zou
het met afmetingen van 4 tot 5 meter per metalen lamel , wel gelukt zijn .
Later
heeft hij de proef hernomen met reusachtige parabolen , en een
generator op een tienmaal hogere frekwentie ( dus een golflengte van 60
centimeter ) die hij eenvoudigweg bekwam door de bolletjes op de
messing stiften van de klos van
Rhumkorff, ter plaatse van de
luchtspleet weg te laten . De eigen kapaciteit van de trilkring werd
daardoor veel kleiner ,en toen lukte het eksperiment , "beter dan hij
verwacht had ". Hij zei dat hij elektrische krachtlijnen had
voortgebracht , "gebundeld zoals lichtstralen en warmtestralen ".Hij
heeft toen de gebogen reflector achter de ontvangst-dipool vervangen
door een vlakke metalen plaat .
De meeste proeven werden uitgevoerd in een zaal van 14 x 15 meter , en zes meter
hoog waaruit Hertz alle ijzeren pijpen en pijpen voor de gasverlichting had laten
verwijderen
.Hij deed de proef in twee grote , aaneengrenzende laboratoriumzalen ,
waarbij het zend-en ontvangst-systeem zo ver mogelijk uit elkaar
geplaatst werden .( Hij is daarbij in een uiterste geval , tot een
onderlinge afstand geraakt van 25 meter ,daarbij aantonend ,dat
elektrische golven zich rechtlijnig voortplanten.)
Nu bekwam hij
goede resultaten , zelfs wanneer de houten dubbele deuren tussen de
twee zalen gesloten werden . Plaatste men voor de houten deuren een
geaarde metalen plaat , dan was er geen ontvangst meer . Verving hij
die metalen plaat door parallel geplaatste metalen draden , vertikaal
opgesteld , dan ook niet , bij horizontaal geplaatste dipolen , maar
wel bij vertikaal opgestelde . Plaatste
hij het rasterwerk van draden horizontaal , dan was er wel ontvangst bij
horizontale zend-en ontvangst-dipolen , maar niet bij vertikaal opgestelde.
Daarmee was bewezen dat de straling van een dipool gepolariseerd is ,en
dat hij straalt in een voorkeur-vlak . Tevens was de afmeting van de zend-
dipool , dezelfde als de afmeting van de ontvangstdipool , en beiden waren
verwisselbaar . D.w.z. dat een zend-antenne ook als ontvangstantenne kan
dienen en omgekeerd . Dit is de reciprociteitswet of het reciprociteits-theo-
rema .
Om
aan te tonen , dat de Hertzse golven op dezelfde wijze worden gebroken
als licht , goot hij van zwavel en pek , grote prismas en lenzen
,waarvan sommigen meer dan een ton wogen .Ze hadden als
grondoppervlakte , een gelijkbenige driehoek met benen van 1,2 meter ,
en waren 1,5 meter hoog .
In mei 1888 verscheen daarover van hem
de publicatie "Electromagnetische golven in de lucht, en hun
weerkaatsing ". Hij had door zijn proeven aangetoond dat
elektrische golven zowel door vlakke , als door gebogen metalen
oppervlakken , weerkaatst worden , op dezelfde wijze en volgens
dezelfde wetten van de straal-breking-en weerkaatsing , als deze welke
gelden voor lichtstralen ; dat ze gebroken worden als ze geleid worden
door prismas van paraffine , teer , hout , zwavel . petroleum , en
andere diëlectrische stoffen , en dat ze gepolariseerd worden , als men
ze stuurt doorheen een raster van parallele draden , en dat men ze kan
afbuigen .
afbeelding 10 : weerkaatsing en breking (met prisma) ( naast elkaar )
In
ieder opzicht gelijken de Hertzse golven op het licht , alleen
hebben ze een grotere golflengte , dus een lagere frekwentie . Zijn
metingen toonden wel aan , dat de elektromagnetische golven die
hij had opgewekt ,
zich voortplantten met de snelheid van het licht.
De Berlijnse Academie achtte de onderzoekingen voldoende belangrijk ,en de
stelling
waarvoor de prijs was uitgeschreven , voldoende bewezen , om
prijs aan Hertz toe te kennen , temeer daar hij nog een studie
geschreven had "over het experimenteel onderzoek van de
betrekking tussen elektromagnetische krachten , en over de
diëlektrische polarisatie in isolerende stoffen , in het bijzonder in
isolatoren voor elektriciteit ".Hij bewees door experiment , de
ekwivalentie tussen geleidingsstroom en verschuivingsstroom in een
diëlektrikum , uit de eerste vergelijking van Maxwell .
Hertz
was er nu meer dan ooit van overtuigd , dat men geen draden als
geleiders meer nodig had om informatie over te brengen , en dat men dit
kon doen door straling doorheen de ruimte , met een welbepaalde hoge
snelheid van de elektromagnetische golven , volgens de voorspellingen ,
gedaan door Maxwell .
Zoals men in de akoestiek , waar de
geluidsgolven zich voortplanten met een snelheid van 300 meter per
sekonde , een patroon van staande golven kan voortbrengen en meten,
deed hij dat nu ook op hoge frekwenties , en bepaalde de positie van de
knopen en de buiken in het staande golfpatroon ,dat ontstaan was door
weerkaatsing en interferentie ( hetgeen hem reeds was voorgedaan door
Young en Fresnel ) tussen een invallende golf en een weerkaatste golf .
De volgende figuren a, b, c geven aan , hoe Hertz met een Lecherlijn , de buiken
en knopen heeft gemeten van de elektrische veldverdeling , veroorzaakt door zijn
oscillator . De Lecherlijn bestaat uit twee blanke koperdraden , 1 mm diameter of
dikker , evenwijdig op een tiental centimeter van elkaar opgesteld . De veldsterkte
in volt per meter vertoont een aantal maksima , buiken genoemd en een aantal
minima , die in het uiterste geval nul zijn , knopen genoemd . De afstand tussen
twee opeenvolgende knopen of twee opeenvolgende buiken , is een halve golf-
lengte
van de bekrachtigende wisselspanning . Figuur a geeft de
princieps-opstelling aan van de door Hertz gebruikte Lecherlijn . Hij
sloot zijn generator in F , op de Lecherlijn aan via twee kondensatoren
AAen BB en verschoof een kortsluitstuk b langs de lijn , terwijl hij
het oplichten of uitdoven van het neonlampje g in de gaten hield .Stond
b in een knoop , en lichtte het neonlampje maksimaal op ,en dan
was de afstand tussen b en het lampje gelijk aan een aantal halve
golflengten , plus een kwart golflengte .
De figuur b stelt de veldsterkte voor op de Lecherlijn en de figuur c
de knopen , voorgesteld door vertikale rechte lijntjes , over de twee draden van de lijn:
Afbeelding 11 a b c Lecher
Verschillende lampjes-aanduiders kunnen de maksima en minima aanduiden.
Een neon-lampje is daarbij aangewezen , omdat het geen belasting vormt
van
de generator , maar heeft het nadeel dat het slechts plots
aansteekt bij een bepaalde doorslagspanning van zijn gasvulling, als
men het met zijn aansluitdraden , gelijkmatig over de twee draden van
de lechterlijn verschuift ( aan het einde van een houten
stok,bijvoorbeeld een bezemsteel , om door hand-effekt , de
veldverdeling niet te verstoren ). Een fietslampje (nog niet voorhanden
in die tijd), gemonteerd op een pvc-plaatje en met de twee kontakten
aangesloten op koperen gordijnklemmen , die men over de parallele
draden verschuift , geeft een geleidelijker aanduiding van de veld-en
spannings-verdeling in de verschillende punten van de lijn en is
daardoor wel nauwkeuriger als aanduider dan een neon-lampje . Men kan
vandaag zelf nog andere systemen bedenken met een magnetische koppellus
naar de twee draden , aangesloten op twee gelijkrichterdioden die een
micro-ampere-meter doen uitslaan ,enz., dus een detector,die ook weer
langs de lijn moet verschoven worden .Hertz heeft het in zijn tijd met
minder gesoftikeerde middelen moeten stellen., toen hij in 1890 de
metingen uitvoerde op zijn Lecher-leiding.
Zijn vindingen verspreidden zich in de wereld als een stroovuur , en in labora-
toria in vele landen werden de proeven van Hertz herhaald . Het werd een tijd,
rijk aan nieuwe vindingen , in 1895 , de ontdekking van de X-stralen , en in
1896 , van de radio-aktiviteit . Men vond ook "snellere trillingen ", namelijk
infrarood
en ultraviolet licht .Nadat zijn proeven hem bekend gemaakt hadden,
schreef de Engelse wis-en natuurkundige Oliver Heaviside , in 1891 : "
drie jaar geleden wist niemand iets af over elektromagnetische golven .
Nu zijn ze , dankzij Hertz , overal aanwezig ".
Heinrich Hertz
bleef bij dit gehele gebeuren ,nederig en eenvoudig , steeds verwijzend
naar de verwezenlijkingen van anderen, die volgens hem "de weg hadden
geëffend voor zijn eigen onderzoekingen ,en vindingen , waar zijzelf
zeer dicht toe genaderd waren ". De waarheid was echter dat Hertz veel
te bescheiden was , want Volta , Coulomb , Ampére , Faraday en anderen
, waren blijven steken in verworven waarheden , zoals het begrip dat
elektriciteit niet beweegt in een geleider , en de ruimte of de lucht
niet kan doorkruisen , zich niet kan bewegen in diëlectrica, dat er
geen kringvormige elektrische stromen mogelijk zijn , dat elektrische
aantrekkings-en afstotingskrachten met oneindige snelheid gebeurden ,
enz. Faraday had in 1843 de inductie op afstand ontdekt ,menend dat ze
gebeurde met een oneindige snelheid ,maar het is pas in 1864 , dat
Maxwell een veel juistere kijk op al deze verschijnselen formuleerde ,
in zijn publicatie : " De elektro-magnetische theorie van het
licht ". Daarin had hij gesteld , dat men d.m.v.
elektrische stromen , straling zou kunnen opwekken, met dezelfde eigenschappen
van
licht.Hij beschouwde licht als een elektrische oscillator , waarvan de
trillingen zich door inductie , voortplanten in de ruimte.Terwijl
Helmholtz de ether had ver-
geleken met een onsamendrukbare vloeistof, beschreef Maxwell hem als een
polariseerbare
vaste stof .Hij had daarbij een aantal gedurfde hypothesen voorop
gesteld , waarvan er achteraf een groot aantal juist bleken te zijn ,
zoals het feit dat elektrische trillingen zich ook in diëlectrica
(zoals bijvoorbeeld in droge lucht ) kunnen voortplanten , en er
in isolerende stoffen ook magnetische en elektrische velden
kunnen bestaan , hetgeen juist is , zoals men kan vaststellen in het
diëlektricum dat de twee platen van een kondensator scheidt . Aan
deze vooropstellingen en veronderstellingen van Maxwell , werd in
die tijd
nauwelijks aandacht besteed , ze werden met onverschilligheid , en in het beste
geval met een welwillende glimlach onthaald . Immers , iedereen was er van
overtuigd dat Fresnel reeds alle optische verschijnselen had verklaard , door zijn
" elastische theorie " , zodat men geen behoefte had aan een daarvan verschillende
uitleg , die er bovendien ingewikkelder uitzag .Nochtans had Maxwell de synthese
gemaakt van licht en elektriciteit , hetgeen Fresnel duidelijk niet deed . Het is dan ,
dat de onderzoekingen van Hertz de doorslag gaven .
Willy Acke
Geraadpleegde referenties :
1) Heinrich Hertz zum 100 Geburtstag , door Franz M. Feldhaus , in ETZ-B ,Band 9 ,H2 , 1957.
2)
Heinrich Hertz , der Entdecker der elektromagnetischen Wellen ,
door Horst Rathe (Karlsruhe ), in ETZ-A , Band 78 , H7 , 1957 .
3) Heinrich Hertz (1857-1894) , eine Würdigung , door dr.P.Stoll , in STZ , 25 juli 1957.
4) Heinrich Hertz , Gedenkfeier in Karlsruhe aus Anlass der 100 Geburtstages ,
door Franz Wolf , in ETZ , Elektrotechnische Zeitschrift , Ausgabe A ,78
Jahrgang,Heft 7 , 1 April 1957 .
5) Nachweis der elektromagnetischen Wellen vor 100 Jahren , door Hans Severin
(Bochum) in Bulletin Technique E.T.T. , nummer 11 , 1988.
6) Die Technik der kürzesten elektromagnetischen Wellen seit Heinrich Hertz ,
door Friedrich Wilhelm Gundlach ( Berlin) in ETZ-A , Band 78 , 1957 .
7) Hertz resonator explains modern oscillators , by Marc (onleesbaar) ,univ.prof.,
in Microwaves & RF , november 1985
8) Ontdekking van de radiogolven door Heinrich Hertz in 1888 , door Frans Bruin,
universiteit van Beiroet , in RE , 1978-2 en 1978-3 .
9) Hertz , the discoverer of electric waves , door Julian Blanchard , in Procee-
dings of the Institute of Radio Engineers . Volume 26 nummer 5 , Mei 1938 .
10)Il y a cinquante ans , Hertz découvrait les ondes de la radioélectricité , door
Louis Houllevigue , in La science et la vie , 1942 , blz. 470 tot 480 .
|
