GEBRUIKSAANWIJZING: daal in de linkse kolom neer tot helemaal onderaan,en klik met de muis op een hoofdstuk dat U interesseert.
Op de groene bladzijde die dan verschijnt,klik met de muis op de afbeelding bovenaan links.Dan kunt U een groot aantal schilderijen bekijken.Indien U niet zoudt uitkomen bij Uw keuze in de linkse kolom,daal dan in de hoofdkolom in het midden van de bladzijde naar beneden met de pijltjes uiterst rechts van het scherm,tot het gezochte gevonden is.
HOW TO USE THIS SITE : choose a chapter in the left column by clicking on it with the mouse.On the green page which appears.click with the mouse on the image in the left corner above.You will be able to view a great number of paintings.If you would not find immediately the chosen item,then scroll down on the main page until you encounter your preference.
24-04-2004
38 Kirchoff
Gustav Robert Kirchoff ( 1824 - 1887
)
Klik met Uw muis op de foto , om de afbeeldingen
te bekijken die behoren bij deze tekst .
Fig.1 (Kirchoff1)
Kirchoff wordt gerangschikt onder de meest vooraanstaande fysici van de
19e eeuw ,en als een van de uitvinders van de spectroscopie.
Bij de electrotechnici is hij vooral bekend door zijn twee wetten van Kirchoff
die hij reeds in 1845 formuleerde , toen hij nog student was ,en die
betrekking hebben op de stromen en de electromotorische krachten in
elektrische
netwerken . Hij was ook student van Gauss.
Gustav Kirchoff werd als zoon van een Rechter geboren op 12 maart 1824
in Königsberg ,Pruisen , hetgeen nu Kalingrad heet in Rusland
.Zijn moeder heette Johanna Henriette Wittke , en de familie was
welstellend en vermogend genoeg om Gustav te laten studeren. Hij was
eerder klein voor zijn
leeftijd , tenger van gestalte ,en in zichzelf gesloten ,zonder veel te praten .
Zijn ouders wilden hem laten studeren aan de Albertus Universiteit te
Königsberg , in 1544 gesticht door Albert , de eerste Hertog van Pruisen.
Zoals zijn twee oudere broers doorliep Kirchoff eerst de klassen van
het Kneiphoofse Gymnasium , dat hij met een eindgetuigschrift verliet
in 1842 om chemie te studeren aan de Albertus Universiteit . Onder meer
Franz Neumann en Jacobi , gaven er les . Neumann legde zich als een der
eerste vorsers , toe op het verschijnsel van de magnetische inductie
,zoals de Engelse Joseph Henry , geboren in 1797 .
Kirchoff publiceerde een verhandeling over rechte en cirkelvormige
geleiders. In dit werk , vinden we een studie over het
doorstromen van een vlak ,
door een elektrische stroom, in het bijzonder een cirkelvormige.Deze studie
werd ondernomen op aansporing van Neumann , en mondde uit in een
doctoraats-thesis .Ze bevat (1845 toen hij nog student was te
Königsberg) reeds de twee vergelijkingen , die nu gekend zijn als de
twee wetten van Kirchoff , namelijk :
n
n
n
Som Ik =
0
en
Som Ui = Som Rk .Ik
k=1
i
=1
k=1
De eerste regel of stroomwet , stipuleert dat de som van de stromen in
een knooppunt van een elektrisch netwerk gelijk is aan nul , of anders
uitgedrukt ,dat de som van de stromen die het knooppunt verlaten ,
gelijk is aan de som van de stromen die naar het knooppunt toevloeien
.Dit is tevens de wet van het behoud van de elektrische lading : ze
verschijnt niet plots en ze verdwijnt
niet plots , en er is geen blijvende opstapeling in een bepaald (knoop-)punt
van een netwerk . Deze wet geldt ook voor vloeistoffen in de hydraulica.
De tweede regel of spanningswet , zegt dat de som van de spanningsvervallen
in een lus van een netwerk (spanningsvervallen over weerstanden ,
konden-satoren en spoelen ,veroorzaakt door de stroom die erdoorheen
vloeit ) gelijk
is aan de som van de elektromotorische krachten of spanningen (= e.m.k.s
in serie met hun inwendige weerstand) , die in die lus werken .
Deze twee wetten gelden zowel op gelijkspannings- als op wisselspannings-
gebied ,zowel wat de generatoren betreft (gelijkspannings-en
wisselspan-nings-generatoren , zelfs gemengd door elkaar voorkomend in
hetzelfde netwerk ),als de weerstanden , of in het geval van aanwezige
kondensatoren en spoelen , de reaktanties van deze laatsten op de
werkfrekwentie , d.w.z. de kapacitanties en de inductanties. Deze wet
betekent ook dat de energiebronnen die werken in het netwerk ,hun
energie zien omzetten in dissipatie , door opwarming van de weerstanden
van het netwerk ,aangezien de reaktieve elementen enkel een
blindvermogen opleveren .Met enige aanpassing kan men de wetten van
Kirchoff ook toepassen op magnetische kringen en ketens .
Sommigen zeggen dat hier enige bescheidenheid geboden is , en dat men
beter zou spreken over de wetten van Ohm-Kirchoff ,omdat ook George-
Simon Ohm (1787-1854) op deze materie gewerkt had , zodat men de
wetten van Kirchoff kan beschouwen als een uitbreiding of een veralge-
mening van de wet van Ohm . Deze laatste had zelfs aangetoond , dat
de snelheid van een elektrische stroom die doorheen een koperen draad
vloeit , de lichtsnelheid benadert . Hij had ook de topologie van
netwerken bestudeerd , in verband met de in die tijd , aangelegde
telegrafie-netten .
Fig2 (Kirchoff2 (Ohm)
George Ohm was in 1787 te Erlangen in Duitsland geboren ,en deed eerst
opzoekingswerk op de door de Italiaan (graaf) Alessandro Volta ,
uitgevonden elektrische cel .Hij legde daarbij de belangrijke
betrekkingen vast tussen stroom , spanning en weerstand ,en over de
analogie tussen elektriciteits-
stromen en warmtestromen ,en publiceerde zijn opvattingen daarover
reeds in 1827 . Levend in armoede, werden zijn verdiensten tenslotte in
1849 erkend , toen hij als professor werd aangesteld aan de
Universiteit te München .
1847 was een belangrijk jaar voor Kirchoff. Hij studeerde af te Königsberg
en trad als gediplomeerde onmiddellijk in het huwelijk met Clara Richelot ,
4 jaar jonger dan hem .Ze was de dochter van Friedrich Richelot , zijn
professor in de wiskunde. Het paar verhuisde nog hetzelfde jaar naar
Berlijn .Het was een woelige tijd , waar in verschillende deelstaten
van de Duitse Confederatie gevochten werd, ook in andere landen ,
bijvoorbeeld in Frankrijk , waar te Parijs , Louis-Philippe afgezet
werd , tijdens een bloedig oproer in 1848 . Met Clara , had Kirchoff
twee zonen en twee dochters , en hij stond in voor een groot gedeelte
van hun opvoeding , nadat Clara in 1869 stierf . Hij hertrouwde in 1872
met Luise Brömmel uit Goslar in Heidelberg.
De invloed van Franz Neumann , toen prof. in de Wiskundige
Natuurkunde , maakte , dat de jonge Kirchoff zich volledig op
fysica toelegde , en in 1848 , als privaat docent in Berlijn aan
de slag kon (van 1848 tot 1850 , zeer slecht betaald , praktisch
onbezoldigd).
Kirchoff publiceerde in 1848 een verhandeling over " Systemen die
gedeel-telijk uit niet-lineaire geleiders bestaan " , en een jaar later
in 1849 : "het
afleiden van de Ohmse wetten, toegepast op de theorie van de Electrostatica".
Het is waarschijnlijk geen toeval , dat deze publicatie in 1849 verscheen ,het
jaar dat de verdiensten van George Ohm erkend werden door zijn benoeming
aan de Universiteit . In hetzelfde jaar schreef Kirchoff nog een verhandeling
over "het bepalen van de konstanten , waarvan de sterkte van elektrische stromen afhangt ".
Later , in 1857 publiceerde hij een geschrift over "de beweging van de
elektriciteit in geleidende draden ". Daarin stelde hij , zoals Ohm ,
"dat de elektriciteit zich in draden voortplant , op een gelijkaardige
manier zoals een lichtgolf zich in de ledige ruimte voortplant , en dat
de weerstand van een draad vergelijkbaar is met de weerstand die
warmte-geleiding ondervindt " . In diezelfde periode , hadden ook
Poggendorf en Wilhelm Weber , studies gedaan over de voortplanting van
licht in de ruimte en ze waren tot dezelfde besluiten gekomen .( in de
huidige stand van zaken , weten we dat golven zich in elektrische
kabels voortplanten met een snelheid van ongeveer 200000 kilometer per
sekonde , terwijl de lichtsnelheid iets minder dan 300000 km/s
bedraagt ) .
In 1850 vertrok Kirchoff als buitengewoon professor in de fysica naar
Breslau .Daar deed hij opzoekingen over de vervorming van elastische
platen ,verder bordurend op een theorie die daarover door Poisson
ontwikkeld was , en op de differentiaal-vergelijkingen van Navier
.Tijdens zijn verblijf te Breslau , ontmoette Kirchoff , Robert Wilhelm
Bunsen (1811-1899) ,die daar tijdens het academie- jaar 1851-1852 was
aangesteld als professor in de scheikunde .
Fig3 (Kirchoff3)
Bunsen was de zoon van een professor moderne talen aan de Universiteit van
Göttingen , en hij studeerde in 1830 aan diezelfde universiteit af met een
doctoraat in de chemie .Hij kreeg nog een studiebeurs om gedurende drie
jaren rond te reizen , en bezocht daarbij zoveel mogelijk fabrieken en onder-
zoeks-laboratoria , zoals dat van Gay-Lussac in Parijs . Hij deed onderzoek
op het gebied van de organische scheikunde , dat hem een oog kostte , wan-
neer een afgeleide van arsenic , cadocyl cyanide ,ontplofte .Hij bleef zijn
gehele leven geinteresseerd in geologie , en reisde daarvoor naar IJsland
om de temperatuurveranderingen in het water van IJslands grootste
geyser te bestuderen .Bunsen verbeterde ook de samenstelling en werking
van een aantal chemische cellen , die in die tijd ontwikkeld waren .Vanuit
die periode stamt de ontdekking van de Bunsen batterij en de in al onze
chemische laboratoria gekende Bunsen brander .Daarmee verhitte hij
verschillende metalen en zouten tot ze een gekleurde vlam afgaven .
Beiden werden goede vrienden ,en in 1854 overhaalde Bunsen ,die vanaf
einde 1852 weer doceerde aan de Heidelberg Universiteit , Kirchoff , om
naar Heidelberg te verhuizen .Meer dan twee decaden werkte Kirchoff
daar als professor in de fysica ,en researcher aan de Universiteit .
Hij begon ook een vruchtbare samenwerking met Bunsen , en deelde diens
sociaal leven in een kring van vrienden , verzameld rond Helmholtz .In die
tijd onderzochten ook Wilhelm Weber en Rudolf Kohlrausch het gedrag
van elektrische stromen , en in Engeland maakte Maxwell bekend ,dat
licht een elektromagnetisch verschijnsel was .Kirchoff zou trouwens later
in Engeland verkozen worden tot Fellow of the Royal Society of
Edinburgh (1868) en tot Fellow of the Royal Society (1875) in
het kader van honours
awarded to important mathematicians , and excellent teachers of
theoretical physics in a period of expanding scientific horizons .
De aanleiding tot het gemeenschappelijk onderzoek , ging van Bunsen uit.
Bunsen en Kirchoff samen , zijn de vaders van de spectrum-analyse . Bunsen
was begonnen de kleuren te ontleden ,die ontstonden bij het verhitten en ver-
branden van chemische stoffen in de gasvlam van zijn Bunsen brander.
Hij gebruikte daarbij eerst filters uit gekleurd glas ,maar op
aandringen van Kirchoff daarna een prisma , dat de lichtstralen in
spectraallijnen op een wit vlak projecteerde. Ze bestudeerden ook de
lichtstraling en de chemische samenstelling van de zon , en stelden
vast , dat natrium voorkwam in de sterren .Kirchoff was de eerste die
uitlegde dat de donkere lijnen die voorkomen in het zonne-spectrum ,
veroorzaakt worden door de opslorping van bepaalde golflengten op het
ogenblik dat het licht doorheen een gas passeert .Wanneer het gas
verhit werd , zond het licht met diezelfde golflengte uit . In 1859
publiceerde Kirchoff ook een verklaring voor de donkere lijnen in het
zonne-spectrum , die toen ook opgemerkt waren door Josef von Fraunhofer
( de zogenaamde Fraunhofer lijnen) , weer door ze toe te schrijven aan
absorptie .Hij schreef in de maandelijkse mededelingen van de Berlijnse
Akademie : "ter gelegenheid van het door Bunsen en mijzelf uitgevoerd
onderzoek op een spectrum van gekleurde vlammen,en een studie
over Fraunhofer lijnen in de zonne-atmosfeer en in flikkerende sterren
,menen wij een bijdrage te hebben geleverd aan de oplossing van
astrophysische vragen .." .Bunsen was specialist in het scheiden ,
identificeren , en meten van scheikundige substanties .Beiden kwamen
tot de vaststelling dat elke chemische substantie haar eigen uniek
patroon van spectraal-lijnen vertoont , een belangrijke ontdekking voor
de chemische analyse . In 1860 ontdekten ze daardoor een nieuw element
dat nog niet voorkwam in de tabel van Mendeliev (Dimitri Mendeliev was
op dat ogenblik een jonge , beginnende scheikundige ), namelijk het
alkali-metaal cesium en het jaar daarop in 1861 , nog een ander nieuw
element , rubidium . Ze ontwierpen ook een prima werkende spektroscoop
,gebaseerd op de prismatische ontleding van lichtgolven :
fig4 ( Kirchoff4)
Daardoor werd een nieuw tijdperk ingehuldigd voor het vinden van
nieuwe chemische elementen. De eerste vijftig waren gevonden door chemi-sche reakties of door elektrolyse .
Kirchoff interesseerde zich ook voor de thermodynamica en de elasticiteits-
theorie , en zoals dat vaak het geval is , bij veelzijdige vorsers , wekte dit
enige naijver op bij tijdgenoten .Zo had Stephan Boltzmann enige kritiek op
Kirchoffs opvattingen over de opslorping en uitzending van
straling door lichamen , toegepast op de mechanica en de
hydrodynamica . In 1862 publiceerde Kirchoff een studie over " de
straling van zwarte lichamen ", een belangrijke stap in de ontwikkeling
van de quantum mechanica .Hij gebruikte daarbij zo zuiver
mogelijke substanties .
In 1870 schreef hij een verhandeling "over de theorie van het in een ijzeren
lichaam geïnduceerd magnetisme , in het bijzonder door de elektrische
stroom in de windingen van een spoel uit geisoleerde draad , rond een
ijzeren ring " .
Aansluitend daarop schreef hij in het kader van hydrodynamisch
onderzoek : "over de krachten , welke twee oneindig dunne lichamen in
een vloeistof , op
elkaar uitoefenen ".
In 1875 werd Kirchoff kreupel door een ongeval .Hij moest al zijn
experi-menteel werk stopzetten , en bracht de volgende jaren door in
een rolstoel.
In 1877 publiceerde hij nog een studie over " de theorie van de
kondensator " in het maandblad van de Berlijnse Akademie voor
Wetenschappen , tegelijkertijd met William Thomsons studie over
"de theorie van de bewe-ging der elektriciteit in telegraaf-draden
onder de zee en onder de aarde " .
Hij vestigde zich opnieuw in Berlijn, waar hij in 1875 nog een
leerstoel was aangeboden in de Wiskundige Natuurkunde , en
bekleedde deze tot het jaar dat hij stierf , namelijk op 17.10.1887 .
Tijdens de drie jaren tussen 1875 en
1887 , gaf hij een vierdelig werk uit , waarvan hij de kopij binnenbracht in
1876 , die gedrukt werd onder de benaming :"Vorlesungen über
mathematische Physik " .In 1882 waren van zijn hand reeds de "Gesammelte
Abhandlungen " ( = verzamelde werken) verschenen , nadat hij in Parijs , in
1881 , als afgevaardigde van Duitsland , het Elektrisch Congres had bijge-
woond .
Willy Acke
Referenties :
1) Gustav Robert Kirchoff , zum Gedächtnis .Elektrotechnische Zeitschrift 58
-Jahrgang , Heft 44 , 4 November 1937 .
2) Gustav Robert Kirchoff , Wikipedia encyclopedie , op internet .
3) The chemical archievers : Robert Wilhelm Eberhard Bunsen and Gustav
Robert Kirchoff , op internet . ( geen auteur vermeld ) .
4) A little History about Ohm , op internet .( geen auteur vermeld ) .
-
Oliver Heaviside (1850 - 1925 ) Klik op deze foto van Heaviside ,om de andere afbeeldingen te zien.
Heaviside
----------------- Oliver Heaviside wordt "a magnificent spirit " genoemd in de
literatuur , en is een van de bijzonderste figuren uit de geschiedenis
van de Britse wetenschap . Zijn critici noemden hem
een sarcastische , excentrieke man , een genie die geen vat had op de
alledaagse dingen in het leven . Volgens hem "was de ontwikkeling van
de wiskunde , te wijten aan de vooruitgang van de fysica ".Hij was een
wiskundige-natuurkundige door zelfstudie , van wie de ontdekkingen ,
telefonie op grote afstand mogelijk maakte . Hij verzette zich tegen
het gebruik van 4p in tal van uitdrukkingen in het
CGS-stelsel. ( nu niet meer gebruikt en vervangen door het MKS - of
Giorgi -stelsel ) .
Hij paste als eerste , de complexe getallen toe , op de studie
van elektrische ketens.Hij was een der eersten (1880) die het begrip
"negatieve weerstand " ( belangrijk voor het verklaren van de
werking van oscillatoren ) gebruikte , en vektor-wiskunde, onder
meer voor het vereenvoudigen van de vergelijkingen in de
elektromagnetische theorie van Maxwell . Samen met de vektor-algebra ,
zegt men dat de begrippen "reactantie ", "impedantie ", "inductantie "
,"capacitantie " ," admittantie","permittiviteit ",
"susceptantie ", "resistiviteit ", en "attenuatie " of verzwakking , in
de wisselstroom-theorie , van hem afkomstig zijn . Hij was de eerste
die het begrip huid- ( skin-) effekt op hoge frekwenties in
metalen geleiders vaststelde en verklaarde .Hij ontwikkelde een
eigen "operational calculus " , revolutionair voor de 19e eeuw ,
die ook vandaag nog suksesvol toepasbaar is , voor het op eenvoudige
wijze oplossen van moeilijke , zuiver wiskundige problemen ,en op
lineaire natuurkundige problemen , waarin discontinuïteiten voorkomen
.Hij bestudeerde ferro-elektrische polarisatie .Hij paste de
Laplace-transformatie en de Fourier- transformatie toe op de analyse en
oplossing van elektrische schakelingen , de oplossing van
differentiaal-vergelijkingen , en op de berekening van
elektromagnetische ketens , alsook op de banen , die planeten aan het
firmament beschrijven .Een van zijn belangrijkste ontdekkingen ,was het
bestaan van een radiogolven-weerkaatsende laag in de hogere atmosfeer
boven de aarde . Hij voorspelde de toename van de massa van ladingen
die zich met grote snelheid voortbewogen , vooraleer Einstein
juist hetzelfde deed met zijn relativiteitstheorie . Velen twijfelen
trouwens aan de genialiteit en de zogezegde vindingen van
Einstein , die waarschijnlijk afkomstig zijn van zijn echtgenote , die
licenciate in de fysica was , en van de ideeën , die hij gelezen
en ietwat gewijzigd , " meegenomen " heeft , toen hij op het
octrooi-bureau werkte in den Haag , Nederland.
Heaviside , of een leven , vol zelfstudie .
Oliver Heaviside werd op 18 mei 1850 geboren te Camden , een
randstad van Londen , als vierde zoon van Thomas Heaviside en Rachel
Elisabeth West . Zijn moeder was afkomstig uit Taunton .De familie aan
de kant van de vader ,was oorspronkelijk afkomstig uit Stockton-on-Tees
.Zijn vader , diens broers en twee nonkels , waren hout-graveerders .
Zijn vader was bovendien aquarellist : hij schilderde met waterverf .
Van deze kunstenaars had Oliver enig artistiek talent geërfd , en
vanaf de leeftijd van elf jaar , maakte hij tekeningen , die helemaal
niet onverdienstelijk zijn , zoals blijkt uit de weinige
teruggevonden , zoals de hieronderstaande afbeelding met paarden :
zie tekening 1861
Zijn familie behoorde tot de lagere sociale klasse uit het Victoriaanse
Engeland , en wie het boek over Oliver Twist , door Charles Dickens ,
en de gelijknamige film gezien heeft ,begrijpt hoe moeilijk de gewone
mensen het in die tijd hadden . De vooruitgang op het gebied van de
toen pas uitgevonden fotografie ,bemoeilijkte het leven van de
houtgraveerders , en dit kan verklaren dat de familie naar Londen
verhuisde in 1849 . Oliver ging naar de "Camden House School " en op
zijn 15e levensjaar won hij , na het afleggen van een eksamen , de "
Natural Science " prijs .
Als kind , kreeg Oliver de rode koorts , die een
gedeeltelijke doofheid veroorzaakte , en deze handicap zou hem zijn
leven lang blijven achtervolgen .Daardoor voelde hij zich in
zijn jeugd ongelukkig ,ook door de moeilijke relaties met andere
kinderen .Zijn schoolresultaten waren nochtans goed .Zo was hij
in 1865 , de vijfde van alle klassen van de school ,met samen 500
leerlingen .Gedesillusioneerd door zijn moeilijke omgang met anderen ,
verliet hij nochtans op 16-jarige leeftijd de school , en hij begon aan
zelfstudie .Later zou hij schrijven : " het is schokkend te moeten
vaststellen met welke onnozele en nutteloze begrippen , bewijzen en
zogezegde preciese logica , de scholen , de hoofden van de leerlingen
volproppen . Dit alles is verloren tijd .De jongeren moet men
gewoonweg leren logisch te redeneren , en ze mogen niet verplicht
worden al deze onzin van buiten te leren ".
Zijn ouders waren niet vermogend genoeg om hem aan een
universiteit verder te laten studeren , en tot hij midden in de
20-jaren oud was , studeerde hij , daarin door hen gesteund en
aangemoedigd , s nachts bij het licht van een petroleumlamp in zijn
kamer , waarvan overdag de luiken gesloten waren , om geconcentreerder
te kunnen werken . Omdat hij niet wilde gestoord worden , werden zijn
maaltijden voor de deur van zijn kamer neergezet . Als
ontspanning fietste en wandelde hij graag , rookte pijpen met sterke
tabak , en luisterde naar muziek , voor zover zijn gehoor dit toeliet .
Hij was geheel-onthouder van alcoholische dranken . Hij studeerde
elektriciteit , andere talen zoals Deens en Duits , en hij leerde de
Morse-code . Daaruit besloot zijn oom (door te trouwen met de zuster
van zijn moeder ) Charles Wheatstone ( gekend voor zijn "brug van
Wheatstone ") die hem hielp en bijstond met raad , dat hij er
goed zou aan doen ,telegrafist te worden . Oliver volgde die raad op ,
en zocht een betrekking in Denemarken als telegrafist. Van 1866
tot 1871 vond hij werk bij de Deense "Cable and Great
Northern Telegraph Company " ,waar hij snel vooruitgang boekte . In
1871 keerde hij terug naar Engeland om er te gaan werken
bij de " Newcastle-Jutland submarine cable " en de "Great
Northern Telegraph Company " die gespecialiseerd waren in
onderzeese traffiek .Zijn broer Arthur werkte bij de Post in Newcastle
,en samen eksperimenteerden ze met duplex-telegrafie . Zijn eerste
gepubliceerd artikel , verscheen in the English Mechanic , in
1872 ,wanneer hij 22 jaar was . Hij werkte nog steeds als
chief-operator in Newcastle .Een jaar later publiceerde een bekend
wetenschappelijk tijdschrift , "the Philosophical Magazine ", een
artikel van hem , over hoe men de brug van Wheatstone het
best kon gebruiken , om metingen op elektrische schakelingen uit te
voeren . Hij werd toen opgemerkt door Maxwell , die Olivers
bijdragen aan de vooruitgang van de elektriciteit , vermeldde in de
tweede oplage van zijn "Treatise on Electricity and Magnetism " . Toen
Heaviside dit werk las , werd hij er zodanig door gefascineerd , dat
hij zijn job als telegrafist opgaf , om Maxwell s theorie
grondig te kunnen bestuderen , alhoewel hij toegaf dat hij er
niet alles van verstond . Hij vereenvoudigde de 20 vergelijkingen met
20 veranderlijken van Maxwell , en verving ze door vier vergelijkingen
met twee veranderlijken . Vandaag noemt men deze nog steeds "de
vergelijkingen van Maxwell ", waarbij niemand schijnt te weten , dat
men ze beter "de vergelijkingen van Heaviside " of van
"Maxwell-Heaviside " zou noemen , hetgeen een eerlijke vorm van
erkentelijkheid zou zijn . Heaviside heeft daarmee een niet te
onderschatten dienst bewezen aan degenen die , op een nog begrijpelijke
manier , het elektromagnetisme proberen te doorgronden .
tabel : Maxwell
In de tabel staan de vergelijkingen van Maxwell in
zogenaamde Gaussiaanse eenheden ,die gebaseerd zijn op het
vroeger gebruikt CGS -stelsel . E is de elektrische
veldsterkte en B de magnetische induktie . H is de magnetische
veldsterkte en c de lichtsnelheid , ongeveer gelijk aan 299790 km/sek .
De konstante 4p kan men uit de uitdrukkingen laten verdwijnen door een
schaalverandering . Ze komen in feite voort uit de beschrijving van een
bol waar in het midden een puntbron staat , van waaruit een
elektromagnetisch veld vertrekt met de loodrecht op elkaar staande
komponenten E en H . Het laten verdwijnen van de 4p , noemt men
rationalisatie . Heaviside-Lorentz eenheden zijn gerationaliseerde
Gaussiaanse eenheden , net zoals de Giorgi - of MKSA eenheden , die de
CGS eenheden , die nu niet meer gebruikt worden , vervangen hebben . De
tabel met de formules wordt uitvoeriger verklaard in een afzonderlijk
hoofdstuk over Maxwell .
Tussen 1880 en 1887 ontwikkelde Heaviside de operationele
vektor-algebra ,met de bedoeling differentiaal-vergelijkingen die
voorkwamen in de theorie van de elektrische schakelingen , op een
eenvoudige manier op te lossen . Hij verving de differentiaal -
operator d/dx door p (soms D , gelijk aan de s in de
Laplace - transformaties ) , hetgeen hem toeliet een
differentiaal - vergelijking om te vormen tot een gewone algebraische
vergelijking . Later hebben Gibbs en Bromwich , deze werkwijze
overgenomen en bekend gemaakt , onder meer in "the Proceedings of the
Royal Society "
Heavisides Methode
Bekijken we een typisch voorbeeld van de Heaviside methode
voor het oplossen van een vergelijking met de Laplace
transformatie :
2s__________ = L(f(t))
(s + 1)(s2 + 1)
voor een uitdrukking in funktie van de tijd : f(t) = -e-t +cos t + sin t.
Via een aantal eenvoudige , gemakkelijk te leren algebraïsche stappen , zet
de Heavisides methode , systematisch een quotient van veeltermen
a0 + a1s + · · · +
ansn
b0 + b1s + · · · +
bmsm
(waarin s ook p kan genoemd worden )
om in de Laplace getransformeerde L(f(t)) van een
f(t) funktie . Hierbij wordt verondersteld dat a0, .., an,
b0, . . . , bm konstanten zijn en dat het quotient der veeltermen
een limiet heeft , die streeft naar nul , wanneer s = 1.
De Heaviside Stap Functie H(x)
figuur step1
De Heaviside stap functie H(x) (soms theta(x) of u(x) genoemd )
is een discontinue functie , eveneens bekend onder de
benaming " eenheid stap functie" en bepaald in het
interval
H(x)= 0 voor x<0; ½ voor x=0
en 1 voor x>0
Ze wordt onder meer gebruikt in kontrole-systemen in de regeltechniek .
In de wiskunde definieert men de UnitStep[x] soms
uitzonderlijk met H(0) = 1 in plaats van de
conventionele definitie H(0) = 1/2.
Soms treft men ook een afgekorte voorstelling aan : H_c(x)=H(x-c)
De Heaviside stap-funktie is de integraal van de Dirac delta funktie .
De Fourier transformatie van de Heaviside stap functie is gegeven door de Kronecker
delta functie : delta(k) .
Heavisides opladen van telefoonlijnen en telegraafkabels met spoelen ,een revolutionaire vooruitgang .
Een van de belangrijkste verdiensten van Heaviside , is het op
regelmatige afstanden in serie plaatsen met elektrische lijnen en
kabels , gebruikt voor telefonie en telegrafie op grote afstand, van
"oplaad-spoelen ". Op 3 juni 1887 verscheen van hem in "the Electrician
" (een wetenschappelijk tijdschrift , dat van hem 500 bladzijden
artikels publiceerde tussen 1882 en 1887) een artikel over
"Electromagnetic Induction and its Propagation " .. Hij
benadrukte dat inductantie een belangrijk concept is , bij het gebruik
van telefoonlijnen en kabels , en dat men door het inductief opladen
van deze kabels ,door er spoelen mee in serie te plaatsen , de werking
sterk zou verbeteren, en de golfvorm van de overgestuurde
telefoon-signalen , niet meer zou vervormd worden , en ook minder
verzwakt . Over lange lijnen overgezonden , werden inderdaad de
verschillende frekwenties die in een telefoongesprek voorkomen , op een
verschillende manier verzwakt , en ze kwamen op verschillende
tijdstippen aan op het punt van bestemming , waar ze weer samengesteld
werden tot een onverstaanbaar geheel.Met spoelen kon met het kapacitief
verzwakkend effekt van de eigen kapaciteit van de lijn compenseren .Dit
was een mijlpaal in de ontwikkeling en de vooruitgang op gebied van
telefoon-netwerken .Heaviside had alle ontwikkelingen op dit
gebied op de voet gevolgd , en zo schreef hij in The Electrician
: " Sir William Thomson s theorie over onderzeese kabels ,
is prachtig geformuleerd , en ik feliciteer hem voor zijn
eksperimenten waarop hij zijn theorie baseerde " . In deze publicatie
van 1887 gaf Heaviside voor het eerst aan , onder welke
voorwaarden men volgens hem ,met in serie geplaatste spoelen ,
informatie , zonder signaal-vervorming kon overzenden op elektrische
kabels . Hij heeft dit idee nooit gepatenteerd , waardoor het op naam
gekomen is van de Amerikaan Prof. Michael Pupin van de
Columbia Universiteit , die Heaviside gelezen had en het idee wel
octrooieerde in 1904 . Men spreekt daarom over "de pupinisatie van
telefoonlijnen " , waarbij Heaviside groot onrecht wordt
aangedaan , want het idee was van hem . Ook George Campbell van
AT&T (American Telephone and Telegraph ) paste die techniek toe ,
na de papers van Heaviside gelezen te hebben , zonder dat deze laatste
daarvoor van deze machtige telefoonmaatschappij ooit een vergoeding
gekregen heeft . In 1888 en 1889 publiceerde Heaviside twee artikels
over de vervorming die elektrische en magnetische velden ondergaan ,
rond een lading die zich beweegt doorheen een midden met grote
dichtheid.In 1889 was Thomson ,alias Lord Kelvin , president
geworden van het Institute of Electrical Engineers , en hij heeft
Heaviside in zijn openings-speech beschreven als " een autoriteit
op het gebied van de telecommunicaties , een man die met zijn
opzoekingswerk op het gebied van kabels en van electromagnetische
golven , het verste van ons allen is doorgedrongen in de
ontrafeling van deze materies ". Deze zelfde Thomson ,was vermaard door
zijn welgekende "telegraaf vergelijkingen " uit de transmissie-lijn
theorie ,maar in zijn speech gaf hij toe ,dat hij daarbij helemaal geen
rekening gehouden had met zelfinductie en inductantie .
In 1891 werd Heaviside verkozen tot "Fellow of the Royal Society
", een grote eer in die tijd , en erkend als eminent specialist van
lange-afstand telegraaf - en telefoon-systemen .
Zijn werk in Paignton en Bradley.
In 1889 verhuisden zijn ouders naar Paignton in Devon , en Oliver ging
met hen mee en bleef bij hen wonen . Men weet dat hij zich rond 1892
verder interesseerde voor
wiskunde , operationele vektor-algebra , en elektromagnetisme .
In 1892 verschenen van zijn hand twee boeken "Electrical
Papers ", in de jaren 1893 tot 1912 gevolgd door nog eens drie
volumes over "Electromagnetic Theory ".Heaviside heeft altijd de
indruk gehad , dat de werkelijke waarde van zijn werk(en) niet
gewaardeerd werd door degenen die mooie algebraïsche oplossingen
verkozen boven zijn revolutionaire opvattingen over elektriciteit
en elektromagnetisme.
Charles Heaviside , zijn vader , bezat na de verhuis , een muziekwinkel
, die uitgebaat werd door Oliver s broers Frank en Charles junior . De
ganse familie was muzikaal , en Oliver speelde aeoleaanse harp ,
en ocarina , dat is een klein , porseleinen langwerpig ei-vormig
blaasinstrument .
De twee ouders van Oliver steunden hem tot hij rond de 45 jaar oud was
, en tot zijn moeder stierf in 1894 en zijn vader in 1896 . Na de dood
van zijn ouders , verhuisde hij in 1897 naar Bradley View in Newton
Abbot .Hij was ongehuwd en woonde van 1897 tot 1909 in , als
betalende gast , bij een genaamde Miss Way . De weinige keren dat hij
buiten kwam ,vooral om te fietsen naar het Pomeroy kasteel , maakte hij
sarcastische opmerkingen tegen de jongeren , hetgeen hem geen
vriend maakte van die jeugd , die daarna soms stenen en rotte appels
gooiden naar de gesloten luiken van zijn studeerkamer .In die periode
kreeg hij vaak bezoek van G.F. Fitzgerald , een natuurkundige , die
vond dat Oliver briljante ideeën had , maar die reeds overleed in 1901
. "Oliver bewonderde de schoonheid van de zuivere wiskundige theoremas
, toegepast op de fysica en de mechanica ", volgens Fitzgerald .
De voor radiogolven weerkaatsende E -laag in de ionosfeer
Op 12 december 1901 had de italiaan Guglielmo Marconi , voor het
eerst radio-seinen over de Atlantische oceaan gestuurd , zonder te
kunnen verklaren waarom ze , zich in rechte lijn voortplantend , niet
verloren gingen in de atmosfeer, door de ronde vorm van de aarde .
Nochtans had de Austro-Hongaar Nikola Tesla , op 3 juli 1899 ,
aangekondigd, dat hij een weerkaatsende laag op 100 kilometer hoogte
vermoedde , waardoor in feite de propagatie van Marconi s signalen kon
verklaard worden .
In 1902 kondigden de Amerikaanse elektrotechnische ingenieur Arthur Edwin Kennely
(1861-1949) en Oliver W. Heaviside , onafhankelijk van elkaar (
Heaviside twee maanden na Kennely ) het bestaan aan van een laag
geioniseerd gas ( waar ionen en elektronen in voldoende hoeveelheid
voorkomen ) , hoog in de atmosfeer , die radiogolven toelaat de ronding
van de aardoppervlakte te volgen . Door deze Heaviside-Kennely ( of
Kennely-Heaviside) -laag , ook E -laag genoemd , worden radio-signalen
weerkaatst , en kunnen ze zich rond de aardbol verplaatsen
en voortbewegen , zonder verloren te gaan in de hogere luchtlagen van
de atmosfeer . De vraag kan hier objektief gesteld worden ,
wie de eerste was , als verdienstelijk vorser , om deze E-laag te
vinden : Tesla , Kennely of Heaviside , en of ze werkelijk niet van
elkaar geweten hebben , en geen enkele publicatie van de andere ,
daarover gelezen hadden .
Nikola Tesla (1856-1943)
Zoals men daarna ook F1 (200 km) en F2 (300 tot 400 km) lagen zou
vinden en benoemen , maakt de E laag deel uit van de zogenaamde
ionosfeer op een hoogte tussen de 100 kilometer en de 400 kilometer
boven de aardoppervlakte , en ze weerkaatst en buigt straling op
langere golflengten af , terwijl ze de zeer korte golven doorlaat die
dus verloren gaan in de hogere luchtlagen . Door meervoudige
weerkaatsingen tussen de aarde (of de zee) en de E , F1 en F2 lagen in
de ionosfeer,kunnen radiogolven zich ver voorbij de zichtbare horizon
voortbewegen . Deze voortplanting of propagatie is sterk
afhankelijk van het uur van de dag en nacht , de seizoenen en de
zonnevlekken-aktiviteit . Hierdoor kan de kwaliteit en de sterkte
van de ontvangst op grote afstand , DX genoemd , op vrij korte tijd
veranderen . Deze weerkaatsing door een ionosfeer , die werkt als een
spiegel , maakt ook , dat men als het ware over het hoofd springt (
"skip") van ontvangst-stations , die dichtbij de zender liggen , maar
niets ontvangen van de uitzending op een bepaalde frekwentie door deze
zender . Dit verschijnsel treedt op wanneer de zogenaamde
grondgolf of rechtstreekse golf , uitgezonden door de zender ,
opgeslorpt wordt door een aardoppervlakte met een slechte
bodemgesteldheid ,en de weerkaatsing op de ionosfeerlaag gebeurt onder
een vrij grote hoek ,zodat de weerkaatste golven niet steil genoeg
terug naar beneden komen om nog de ontvangstantenne van een
dichtbijgelegen ontvangststation te treffen . De juistheid van de
vooropstellingen door Heaviside en Kennely , werd bevestigd door
metingen van de Britse wetenschappers Edward Appleton (in 1924 , 1 jaar
voordat Heaviside overleed in Torquay) en M.A.F. Barnett in 1925
.Appleton had reeds in 1923,radio-impulsen , vanop de aarde , vertikaal
naar boven gestuurd , en de tijd gemeten tussen de naar boven gaande en
de teruggekaatste impulsen . Uit de natuurkundige uitdrukking
afstand = snelheid maal tijd , werd de hoogte van de weerkaatsende laag
gemeten .In Amerika werd in 1926 een andere bewijs-methode toegepast
door de Amerikanen Gregory Breit en Antony Tuve.De Breit-Tuve
recorders , worden vandaag nog wereldwijd gebruikt voor het meten
en registreren van de toestand van de weerkaatsende lagen in de
ionosfeer . De stralings-theorie van de duitser Max Planck ( zie : Max
Planck Institut , Dortmund , in Duitsland) heeft dan samen met de
studie van die hogere luchtlagen , geleid tot het ontstaan van de
radio-astronomie in 1932 .Heaviside had ook een verband gelegd
tussen elektromagnetische straling , uitgaande van de zon , en de
aantrekkingskracht van de zon op de aarde. De invloed van de zon op
radio-propagatie verandert , door zonne-uitbarstingen van plasma ,
en doordat de zon een cyclus vertoont , waarbij de noord-en
de zuidpool van de zonnebol , om de 11 jaar van plaats verwisselen ,
een verschijnsel dat men nog niet heeft kunnen verklaren .
De latere jaren .
Het zou een vergissing zijn , te denken dat Heaviside gelukkiger werd
door de erkenning die hij op het einde van zijn leven , uit
verschillende wetenschappelijke kringen ontving . In 1905 ,
bijvoorbeeld , kende de Universiteit te Göttingen , Duitsland , hem een
ere-doctoraat toe , voor het geheel van zijn opzoekingen .Integendeel
werd hij , met het verstrijken der jaren ,steeds verbitterder . Vanaf
1908 was hij beginnen sukkelen met zijn gezondheid , en stond hij
er ook financieel zeer slecht voor , zodat hij geld moest lenen dat hij
niet kon terugbetalen . In 1913 was hij lid geworden van "the
British Association for the Advancement of Science ". In dat jaar was
hij pas hersteld van een ernstige ziekte . In 1920 was Heaviside nog
steeds zo arm , dat een aantal Amerikaanse ingenieurs en natuurkundigen
, geld inzamelden , om hem van een inkomen te voorzien . Er werd toen
beslag gelegd op het huis van zijn ouders en op dat in Torquay
,waar hij naar verhuisd was in 1909 , na een armoedig leven vol
tegenslag en dat hij ondertussen met een lening gekocht had, maar
vanaf 1921 wou geen enkele bank hem nog geld lenen . " The Institute of
Electrical Engineers " zond hem van dan afaan , regelmatig cheques van
100 engelse ponden . De "Institution of Electrical Engineers " (IEE) ,
kende hem de bronzen "Faraday-medaille " toe , "voor het
herschrijven van de theorie der telecommunicaties ".Dit laatste
gebeurde in 1922 , toen hij reeds 72 jaar oud was .Deze medaille is
bewaard en kan nu nog bekeken worden in het gebouw waar de Londense
afdeling van de IEE gevestigd is .
De woonst in Torquay , was hem in 1909 aangeboden geweest door een
vriend , en hij leefde daar in de volledige afzondering , zijn dagen
slijtend met theoretisch opzoekingswerk . De muren van de kamers in het
huis , hingen vol met reproducties van wetenschappelijke artikels .
Vanuit dat huis heeft hij gecorrespondeerd met researchers uit
verschillende landen , waaronder ook met Heinrich Hertz , en met
professoren van de Oxford universiteit , die hem "de
kluizenaar in een caviteit (=hol[te]) " noemden , omdat hij
zich opsloot in een verwaarloosd huis dat geen enkel normaal
comfort bood .De buren vonden hem een zonderling , omdat ze , de
weinige keren dat hij buiten kwam om een wandeling te maken , zijn rood
haar zagen , en zijn stekende ogen die volgens hen de kinderen bang
maakten , en opmerkten dat zijn vingernagels met zorg gemanicuurd
waren , en geverfd met een roze , glanzende lak .Noodzakelijke
boodschappen werden voor hem gedaan door de plaatselijke politieman ,
die met zijn fluitje door de klep van de brievenbus blies om zijn komst
aan te kondigen.Olivier leed de laatste jaren aan een steeds erger
wordende doofheid , waarbij ook zijn reukzin niet meer werkte
.Einde 1924 vond de politieman -boodschapper , hem
bewusteloos op de grond van zijn kamer , en hij stierf op 75-jarige
leeftijd , op 3 februari 1925 . Hij werd in Paignton begraven bij zijn
ouders .
Zijn voornaamste publicatie , is het vierdelig werk over " Electromagnetic Theory "
waarvan het vierde volume onafgewerkt bleef door zijn onvoorziene
dood .In deze boeken staan de theoretische beschouwingen vermengd
met een vleugje humor en filosofie .
Willy Acke
figuur Tesla ( 4 foto's)
Tesla- naschrift .
Nikola Tesla ( 9 november 1856 - 7 januari 1943 ) was een
tijdgenoot van Marconi . Hij heeft meer dan 100
uitvinders-patenten en 900 brevetten op zijn naam staan. Er bestaan
fotos , waarop men Tesla samen ziet met Edison ,de voormalige koning
van Joegoslavië , Einstein ,de schrijver Marc Twain en de
stichter-direkteur van de Amerikaanse sterkstroom-industrie-reus ,
Westinghouse .
Nikola Tesla is in de loop van de geschiedenis , de enige werkelijke
rivaal geweest van Thomas Alva Edison , met wie hij trouwens een korte
tijd heeft samengewerkt . Edison kon echter geen echte uitvinders naast
zich verdragen en het is vooral wanneer Tesla zich op
wisselstroom -vindingen begon toe te leggen , dat Tesla afhaakte en
Edison , die een fervente aanhanger van gelijkstroom was ,
verliet .
Tesla werd in 1856 in het toenmalig Oostenrijk-Hongaars gebied ,
te Smiljan , Kroatië geboren ,uit een familie waarvan de vader een
orthodoxe priester was , afkomstig uit Servië . Hij studeerde voor
ingenieur aan de Technische Universiteit van Graz ,Oostenrijk en aan de
Universiteit van Praag in Czecoslowakije . Zijn belangrijkste
uitvinding is de inductiemotor of asynchrone motor . Het is een feit
dat hij daarvoor inspiratie gezocht heeft bij de gelijkstroom-dynamo ,(
uitgevonden door de belg Gramme ) , die hij eerst liet draaien als
motor , en daarna omvormde tot wisselstroom-motor. Dit gebeurde toen
hij slechts 16 jaar oud was , maar de eigenlijke industriële produktie
van zijn inductiemotor , vond slechts plaats vanaf 1888 .In 1891 werd
hij staatsburger van de Verenigde Staten .Het was de periode , waarin
de duitser Wilhelm Roentgen , de X- stralen ontdekte.(1895).De
Amerikaan Alexanderson had juist de wisselstroom-generator uitgevonden
, maar Tesla ontwikkelde van deze alternator een geheel eigen
versie .In de loop van zijn leven vol geniale ontdekkingen , waaronder
ook het bestaan van de weerkaatsende E-laag in de ionosfeer , kreeg hij
drie Nobel-prijzen , waarvan één samen met Edison .Hij is bijna 75 jaar
oud geworden
.
Referenties , geraadpleegde werken :
1) Pioniers , door W.A. Atherton , in Electronics & Wireless
World , 1947 : Oliver Heaviside , the champion of inductance .
2) Oliver Heaviside -the man , door M.K. Hobden , in Electronics & Wireless World , augustus 1987 .
3)Heaviside , een onbegrepen genie , door J.J. O Connor en E.F. Robertson , op internet .
4) Alan Heather : Oliver Heaviside ( op internet ).
5) Oliver Heaviside , door Willem Van Der Bijl , in the new Grolier multimedia Encyclopedia .
6) Eric W. Weisstein. "Heaviside Step Function." uit MathWorld ,
1999 CRC Press LLC, Wolfram Research, Inc.
7) Heaviside-Lorentz -units in the Maxwell equations ,
door J. B. Calvert , 9 oktober 2002 , in Physics
8) Tesla -Wardencliffe project archives .
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.
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 .
