Joseph Henry (17 december 1797-13 mei 1878)
( Klik met de muis op het hiernaaststaand schilderij, om de
afbeeldingen te bekijken , die behoren bij de hierondervolgende tekst )
.
Henry wordt beschouwd als de voornaamste Amerikaanse
natuurkundige van de 19e eeuw . Zijn brede belangstelling ging uit naar
elektriciteit , magnetisme en scheikunde.Hij heeft belangrijke
bijdragen geleverd aan de elektriciteits-theorie. De eerste was de
ontdekking van de zelfinductie , de tweede de bouw van een praktische ,
goed werkende elektrische telegraaf , en de derde de bepaling van de
trillende natuur van bliksemschichten , in het
kader van sterrekundig opzoekingswerk .Hij ontwierp ook een elektrische
motor .
afbeelding Henry1 ( 2 portretten naast
elkaar)
Henry werd geboren op een kleine boerderij te Albany ,in de staat New
York, als zoon van Ann Alexander Henry (1760-1835) en William Henry
(1764-1811) ,die beiden vanuit Schotland naar Amerika waren geëmigreerd
op 16 juni 1775.
Zijn grootvader ,Joseph Hendrie , heeft er zich altijd tegen verzet ,
dat hun Schotse achternaam Hendrie , veranderd werd in Henry .
Zijn vader , die een onvermogende en straatarme dagloner was ,
stierf , toen Henry nog een jong kind was. Door de armoede van het
gezin , was er van
naar school gaan geen sprake , en het kind moest werken op de boerderij .
Zijn moeder stuurde hem op dertienjarige leeftijd in de leer bij
een uurwerk-maker , en een zilversmid .Hij deed dit werk zeven jaar
lang.Hij werkte ook als hulp-bediende in een winkel.In die tijd
verbleef hij , als de vrije ogenblikken het hem toelieten
, bij zijn grootmoeder , die in een dorp (Galway) woonde , op 50
kilometer van Albany .Als huisdier , had hij een konijn , dat hij goed
verzorgde.
Niets onderscheidde de jonge Henry ,van de kinderen van dezelfde
leeftijd in zijn omgeving, die zoals hij , een opleiding en opvoeding
ondergingen , door aanraking met de praktijk , waarin ze tewerkgesteld
waren .Henry was sterk geïnteresseerd in theater-opvoeringen , en hij
overwoog gedurende een zeke-
re tijd , om professioneel acteur te worden. Hij schreef theater-stukken en
speelde daarin zelf een rol , in het kader van een aktieve groep theater -
amateurs .Hij had zichzelf leren lezen en schrijven , en de avonduren
besteedde hij aan het verslinden van romans , en het lezen van boeken
over de populaire toepassingen van experimentele scheikunde ,
sterrekunde , weerkunde en filosofie .Over scheikunde , had hij ook een
boek gekregen van een genaamde Robert Boyle , die eens bij zijn moeder
op bezoek geweest was en die later faam zou verwerven als beroemd
scheikundige . Hier bestaan gelijkenissen met het leven van Michael
Faraday , die eveneens uit een zeer arme familie stamde , en als kind
tewerkgesteld was bij een boekbinder, waar hij las in een in te binden
boek over scheikunde , hetgeen de verdere loop van zijn leven zou
bepalen , door zijn interesse voor wetenschap op te wekken .
Tijdens zijn zelfstudie,las Henry ook een boek over het leven van
Ampére en over een rudimentaire elektro-magneet , die gebouwd was in
Europa . Daardoor gefascineerd , vatte hij in 1819 (tot 1822) [hij was
toen 22 jaar , dus een veel oudere leerling dan zijn klasgenoten waar
hij bijzat ] studies aan in een private secundaire school , en hij
volgde ook avondlessen over het gebruik van de Engelse woordenschat,over meetkunde en mechanica.
Tussen 1823 en 1826 , mocht hij als assistent , een professor in
de natuurkunde en de scheikunde aan de Albany Academie ( New York ),
helpen bij het uitvoeren van proeven in zijn natuurkundig laboratorium.
Dit gaf hem de gelegenheid , verder te studeren op het gebied van de
wetenschappen en de wiskunde, en hij volgde daarover alle mogelijke
kursussen aan deze Academie waar hij ook een tijdje mocht werken als
bibliothecaris .
afbeelding
Henry2 (glasraam)
Hij mocht natuurkundige demonstraties voorbereiden , alles daarvoor
klaar zetten in het laboratorium ,de demonstraties soms zelf uitvoeren
en aan de studenten daarover uitleg geven .Hij vond dit een
fantastische job . Zijn vroegere interesse voor theater-optredens ,
droeg bij tot zijn populariteit als gewaardeerde demonstrator , door
het vleugje dramatiek dat hij in zijn uiteenzettingen verwerkte .In
feite wou hij verder studeren voor geneesheer,
maar geldgebrek noopte hem ertoe ,gedurende een korte tijd te werken in de
openbare diensten van New York-stad ,als hetgeen men in Amerika
ingenieur noemt , en daarvoor hoeft men niet noodzakelijk een
ingenieurs-diploma behaald te hebben .In dat kader nam hij deel aan een
project voor het aanleggen van een nieuwe weg tussen de Hudson-rivier ,
en het Erie-meer .
In 1826 , hij was toen 29 jaar oud ,kon hij kiezen tussen drie
werkaan-biedingen:het helpen aanleggen van een kanaal in Ohio,
beheerder van een mijn in Mexico of een loopbaan in het onderwijs .Hij
koos voor het laatste , vooral omdat hem in die periode een baan werd
aangeboden als professor in de wetenschappen en in de wiskunde , aan de
Albany Academie die hij dus reeds goed kende . Men noemde deze funktie
in die tijd ook professor in de filosofie.Het is daar (tussen 1826 en
1832), dat Henry , zonder op de hoogte te zijn van de experimentele
ontdekkingen van Faraday , en na het bijwonen van een demonstratie over
Oersteds ontdekking van de invloed van een elektrische stroom op de
afwijking van een magneetnaald , zijn proeven uitvoerde over
elektromagnetische inductie. Daarbij maakte hij gebruik van
elektro-magneten waarover de legende zegt , dat hij daarbij
geïsoleerde geleiders gebruikte , van elkaar gescheiden ,door de
isolerende droge haren van zijn toekomstige echtgenote . Hij zou , als
mooie man met blonde haren en blauwe ogen , met deze Harriet
huwen en bij haar drie dochters krijgen , Mary , Helen en Louisa .(drie
andere kinderen stierven in het kraambed , wegens de onvolmaaktheid van
de verloskunde in die tijd) .
Oersted had de magnetische uitwerking van elektrische stromen waar-
genomen , maar hij had er nooit een praktische toepassing mee gemaakt .
William Sturgeon had in 1825 , te Londen , de eenvoudige magneet van
Ampere verbeterd , door een stroomvoerende draad te wikkelen rond een
hoefijzer-achtige staaf , nadat hij deze laatste bedekt had met een isolerende
vernis .In 1827 toonde Henry een magneet , die 14 kilo ijzer kon opheffen.
In 1829 demonstreerde hij aan de Albany Academie , een verbeterde
hoefijzermagneet , waarbij een spoel uit geïsoleerde draad op een
metalen drager gewikkeld was . Door de geleider te isoleren , in plaats
van (enkel) de magnetische kern ,kon hij de windingen van de
wikkeling veel dichter ( en in groter aantal ) tegen elkaar leggen .
Bovendien polijstte hij de twee polen van de magneet , en voegde een
armatuur toe aan de luchtspleet , om de magnetische kring te sluiten .
Een verdere verbetering werd aangebracht , door de magneetspoel met
meerdere lagen te wikkelen .
afbeelding Henry3 (magneet)
Hij eksperimenteerde zowel met magneten , gewikkeld met weinig windin-
gen draad van grote diameter , doorvloeid door een grote stroom , als met
een groot aantal windingen dunne draad , die een kleine stroom voerden.
In een andere proefneming , wikkelde Henry twee afzonderlijke spoelen
op dezelfde magnetische kern . Hij had aldus een eerste transformator
ontworpen . Eén spoel bestond uit slechts enkele windingen dikke geïso-
leerde koperdraad , waarboven een laag isolerend linnen , gedrenkt in de
olie , werd aangebracht. Daarboven wikkelde hij de tweede spoel , die
bestond uit een groot aantal windingen dunne draad . Op deze wikkeling,
werkend als primaire ,kon hij een hoge wisselspanning toepassen ,waarbij
de sekundaire dan een lage spanning bij grote stroomsterkte afleverde aan
een weerstand-belasting .De gloeilamp was op dat ogenblik nog niet uitge-
vonden ,anders had hij kooldraadlampen als belasting kunnen gebruiken.
Hij kon de transformator ook omgekeerd gebruiken , een lage spanning
bij grote stroom toepassend op de ene wikkeling als primaire , en een hoge
spanning bij lage stroomsterkte doorheen een verbruiker ,afnemend over de
spoel met het groot aantal windingen dunne draad .
In Albany bouwde hij een grote elektromagnetische hoefijzermagneet ,waar-
bij acht spoelen , gewikkeld met elk 18 meter draad , in serie of in parallel
konden geschakeld worden , en waarmee hij een gewicht van 325 kilo kon
opheffen , een merkwaardige prestatie voor die tijd .Hij werd toen ook
gevraagd door Penfield Iron Works , om voor hen elektrische magneten
te bouwen en te ontwerpen .Deze industrie-reus ,legde toen een haven aan
voor goederen-transport en noemde deze als eerbetoon aan de toen reeds
befaamde Henry , "Port Henry ". Uit die tijd stammen ook proeven ,waarbij
hij elektrische energie omzette in mechanische , b.m.v. een elektrisch motortje van eigen ontwerp .
afbeelding
Henry_motor
In 1832 ( tot 1846) , hij was toen 35 jaar oud ,werd Henry aan de
Princeton Universiteit (deze was vroeger het College of New Jersey )
aangesteld als professor in de "Natuurlijke Filosofie ", dit is
een term die vroeger gebruikt werd voor professoren in de wetenschap en
in het bijzonder in de fysica .
Hij verdiende 1000 dollars per jaar en kreeg een huis ter beschikking
om gratis in te wonen .Hier heeft Henry een tijdlang samengewerkt met
zijn schoonbroer Stephen Alexander , die professor Sterrekunde was ,
bij het observeren van zonnevlekken .
In die tijd publiceerde hij artikels over capillariteit ,
fosforescentie , de warmte van zonnevlekken ,de aurora ,geologie ,
mineralogie , architektuur, geluid , ballistiek ,sterrekunde
,elektriciteit en magnetisme , waaronder het aardmagnetisme .Hij gaf
over deze onderwerpen ook lessen .
Hier konstrueerde hij zijn grootste elektro-magneet , die na
bekrachtiging , een gewicht van 1800 kilo kon opheffen . ( hij zou dit
eksperiment later herhalen aan de Yale Universiteit ) .Met deze zelfde
grote magneet , toonde hij het verschijnsel van de elektro-magnetische
induktie aan . Hij wikkelde er een spoel op van geïsoleerde koperdraad
, 15 meter lang , en daarnaast een kleinere spoel ,waar over de klemmen
,een galvanometer aangesloten werd. De klemmen van de grote spoel
werden aangesloten aan de twee droge platen van een Volta-batterij .Op
het ogenblik dat Henry dit stel platen onderdompelde in een bokaal met
verdund zuur , sloeg de naald van de galvanometer zon 30 graden uit ,
aanduidend ,dat er een e.m.k. geïnduceerd was in de secundaire
wikkeling.Na een korte tijd , keerde de naald terug naar uitslag nul
.Op het ogenblik dat het stel platen uit het verdund zuur geheven werd
, sloeg de naald van de galvanometer uit in de tegenovergestelde zin .
Henry noemde dit nieuw ontdekt verschijnsel : zelf-inductie.Het deed
zich voor , wanneer in een magnetische spoelkring , de stroom plots
onderbroken werd , en was in staat , in een secundaire wikkeling een
zodanig hoge e.m.k. te verwekken , dat tussen de klemmen ervan ,
uitgevoerd als stiften , een vonk oversprong ( principe van de klos van
Rhumkorf) . Hij definieerde de zelfinductie van een spoel als L = n.
dF/di waarin n het aantal windingen is van de spoel , en dF
de fluxverandering rond de spoel , ontstaan door de stroomverandering
di in de windingen van de spoel . De elektromotorische kracht , die
geïnduceerd werd in een sekundaire spoel met zelfinductie L ,
definieerde hij als e = - L.di/dt , dus groter wordend ,als
de stroomver-andering di in een kortere tijd dt gebeurde . Het
min-teken wijst op een tegen-elektromotorische kracht , die zich verzet
tegen het snel opkomen van de stroom in een inductieve keten , en ook
tegen het snel verdwijnen ervan .
Deze proeven bezorgden Henry internationale faam vanaf 1831. Deze zou
nog groter geweest zijn ,indien Henry zijn vindingen in een
wetenschap-pelijke verhandeling zou gepubliceerd hebben , hetgeen hij
uit bescheiden-heid niet deed .Henry heeft aldus een aantal resultaten
van zijn opzoekingen niet openbaar gemaakt en daardoor de prioriteit
over zijn ontdekkingen verloren . Hij patenteerde zijn uitvindingen (
die hij nog vóór Faraday gedaan had ) niet , omdat hij niet op
winstbejag uit was. Hij wou enkel " de voor-uitgang van de
wetenschap , en het plezier dat nieuwe ontdekkingen hem bezorgden ".(
"the most prominent idea in my mind , is that of stimulating the talent
of our country to original research , and thus to enlarge its base " ).
Afbeelding Henry_2
(proefopstellingen)
Daardoor wordt een deel van zijn opzoekingswerk toegeschreven aan
Michael Faraday ,die in Engeland op gelijkaardige gebieden
research deed , en de resultaten daarvan wel publiceerde en
octrooieerde , vanaf 1832 ,
in het bijzonder over het verschijnsel " inductie" . ( geen zelf-inductie ) .
Henry breidde de proeven van Faraday uit , door te eksperimenteren met
twee spoelen ,die op een zekere afstand van elkaar geplaatst ,elkaar
beïnvloedden . Deze wederwerking noemde hij " wederzijdse inductie " ,
niet wetend dat Faraday die term reeds gebruikt had in een
publicatie , waardoor deze "mutual inductance " -vinding toegeschreven
wordt aan Faraday en niet aan Henry. In 1838 publiceerde Henry daarover
dan toch een studie , getiteld : "over de inductie van een secundaire
stroom ,op een afstand ". Hij had twee spoelen gebruikt met een grote
diameter ,namelijk 1,20 meter , waarbij een secundaire spoel in dunne
draad gewikkeld ,zich op meer dan een meter afstand bevond van de
primaire . De spoelen bevatten geen ijzeren kern , en dit eksperiment
bewees , dat men ook op afstand een e.m.k. kan induceren in een
secundaire . Deze proef werd uitgebreid ,door een helper als waarnemer
, metingen te laten verrichten aan de klemmen van de secundaire spoel ,
deze keer opgesteld in de aanpalende kamer. Men kan hier dus reeds
spreken over een elementaire vorm van een telecommunicatie-systeem ,
vijftig jaar vóór de uitvinding van de draadloze straling en ontvangst
van elektromagnetische golven , met de halve golf dipool van de
Duitser Heinrich Hertz .
Veel later , in 1851, zou Henry aantonen , dat het overslaan van een
twee centimeter lange vonk tussen twee metalen stiften , op 10 meter
afstand daarvan , een magneetnaald deed uitwijken .Hij trok de vonken
met een elektriseermachine die opgesteld stond in de hall van de
universiteit , nadat een van zijn studenten , reeds in 1844 , hem
gesuggereerd had , dat een dergelijk "vonkenverschijnsel " wel eens een
voortgeplante golf zou kunnen veroorzaken "op een verwonderlijk grote
afstand ".
Op een geheel ander gebied , had Henry in Albany , een telegraaf
gebouwd, die werkte op het einde van meer dan een kilometer draad .Op
het ene uiteinde was een batterij geplaatst , en op het ander ,
een anker ,dat zich kon bewegen tussen de polen van een
hoefijzer-magneet. Op het ogenblik dat deze bekrachtigd werd , draaide
het anker in een horizontaal vlak , zoals in één der uitvoeringen
van hetgeen men nu een elektromagnetisch relais noemt ,en raakte in
deze stand een bel , in feite ene der eerste goed werkende elektrische
bellen. (en de uitvinding van het relais is dus in zekere zin ook
aan Henry toe te schrijven ).
Dit was het prototype van deze opstelling . Een later gewijzigde
uitvoering , liet toe , punten en strepen te trekken op een papierlint
dat afrollend voort-bewogen werd . De punten-en streepjes-kode , maakte
van deze opstelling , een eerste praktische telegraaf .In 1836 bouwde
hij een telegraaf , waarmee
hij van de campus van de Princeton Universiteit , informatie kon zenden naar
zijn huis , en omgekeerd . Gelijkaardige proeven werden uitgevoerd
door Samuel Morse , de uitvinder van het morse-alfabet voor de telegrafie,
die Henry geraadpleegd had , en diens wetenschappelijke publicaties
gelezen had . Morse bouwde toen veel ingewikkelder
telegraaf-mechanismen en
wordt internationaal erkend als de ware uitvinder van de moderne telegraaf.
Henry heeft toen nog getuigd ten gunste van Morse , in een proces dat
deze laatste voerde voor de rechtbank , tegen een genaamde
OReilly , toen beiden op hetzelfde ogenblik poogden de uitvinding van
de telegraaf te patenteren.
Ook de Engelse professor Wheatstone ( gekend voor "de brug van
Wheatstone ") had op deze verdienste aanspraak gemaakt , en
probeerde de claim van Morse , op de originaliteit van de vinding
, te ondermijnen.
( Wheatstone wordt beschouwd als de opbouwer van het Brits telegraaf -
netwerk ) .
Nochtans had Henry van de Universiteit , de toelating gekregen om , met
behoud van zijn volle wedde , studiereizen te maken in het buitenland , en
hij had daarbij in 1837 Wheatstone ontmoet . Ook Faraday , had met
hem over zijn telegraaf gesproken ,en hij had bij die gelegenheid in
Engeland ook een ganse reeks inkopen gedaan van wetenschappelijke
instrumenten die hij meenam naar Amerika , waar deze klaarblijkelijk
niet verkrijgbaar waren .
In 1842 magnetiseerde Henry stalen naalden , door een batterij van Leydse
flessen doorheen een spoel rond de naalden , te ontladen . Hij
bestudeerde de invloed van bliksemschicht-ontladingen op de uitwijking
van de gemagne-tiseerde stalen naalden , en ontdekte dat
bliksemschichten ,zelfs op verre afstand , de naalden verder
magnetiseerden , soms met een tegengestelde polariteit . Dit deed hem
tot het besluit komen , dat een bliksemschicht-ontlading , een trillend
verschijnsel is. Bij deze opzoekingen gebruikte hij het stalen dak van
zijn laboratorium , waaraan hij een geleidende draad had vastgesoldeerd
,als antenne , en ontvangstplaats op de campus van de Princeton
Universiteit .
James Smithson , een Engelse chemist en mineralogist , die nooit de Verenig-
de Staten bezocht had , liet nochtans als nalatenschap , aan de toenmalige
regering van de USA , een half miljoen dollars na , voor het oprichten van
een wetenschappelijk instituut . Dit geld werd door het Congres aanvaard in
1846 , en het Smithsonian Instituut werd daarmee in Washington D.C.
op-gericht ,met die benaming , om hulde te brengen aan de milde
schenker Smithson.
In 1846 aanvaardde Henry , de betrekking van eerste sekretaris van het pas
opgericht Smithsonian Instituut , in feite een direkteurs-post die hij
tot aan zijn dood in 1878 , bekleedde met het instellen van een
praktijk ,waarbij metereologische veranderingen , dus
weersvoorspellingen , doorheen het ganse land verspreid werden via de
telegraaf . Dit leidde ,later , in 1891 tot de oprichting van het U.S.
Weather Bureau .Hij gaf ook wetenschappelijk advies aan tal van
goevernementele diensten , en aan de technische adviseurs van de
toenmalige president Lincoln . Er bestaat zelfs een schilderij , waarop hij
in het gezelschap van president Lincoln , samen met andere wetenschappers,
afgebeeld staat . Onder zijn leiderschap , werd een traditie van continue
research gestimuleerd , in het bijzonder aangemoedigd op het gebied van
de sterrekunde , de plantenkunde , de anthropologie ,metereologie en geo-
fysica .
afbeelding Henry 4 ( schilderij met Lincoln)
In 1867 werd hij president van de Nationale Academie voor Wetenschappen
en van de Amerikaanse Associatie voor de vooruitgang van de wetenschap-pen.
Het Smithsonian Museum is nog steeds een aantrekkingspool voor vele
bezoekers , een aanrader om dit te gaan bekijken , en de schrijver van
dit artikel bezocht het ook , en zag er onder meer , de moon-lander
capsule waarmee Armstrong op de maan landde en ervan terugkeerde . Ook
de raket die hem lanceerde staat voor de ingang van het Museum
.Een brand die in 1865 uitbrak in het Smithsonian Instituut ,
vernielde al Henrys vroegere studies.
2 afbeeldingen (schilderijen) naast elkaar : Henry5 (1872) en Henry (1873)
Toen hij in 1878 stierf , werd zijn begrafenis bijgewoond door de president
van de Verenigde Staten en al zijn belangrijkste medewerkers , door talrijke
leden van het Congres , en door talloze wetenschappers uit alle windstreken.
In 1893 werd op een bijeenkomst van het Internationaal Congres der
Elektrotechnici in Chicago , als eerbetoon , de henry ( geschreven met
kleine letter , omdat het hier niet gaat over een persoonsnaam) vastgelegd
als internationale eenheid van magnetische inductie .
Willy Acke
Geraadpleegde werken :
1) Founding Fathers of the Electrical Science : Joseph Henry , door Bern
Dibner , in Proceedings of the I.R.E.E of Australia , November 1968 .
2) The Joseph Henry Papers Project , Smithsonian Institutional History
Division , op internet .
3) Joseph Henry , op internet (geen auteur vermeld ) .
4) Henry , op internet (geen auteur vermeld )
5) Adventures in Cybersound : Henry , Joseph , op internet .(geen auteur vermeld).
6) Pioneers : Joseph Henry , door Tony Atherton , in : Electronics and
Wireless World , september 1989 .
|
