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.
Lee de Forest (1873-1961) Inleidende beschouwingen.
Strikt genomen , begint het tijdperk van de elektronica , in 1883 ,door
de uitvindingen van Edison . Zich inspannend om de koolstofgloeidraad
in zijn gloeilamp een langere levensduur te geven , sloot Edison dit
filament binnenin een metalen omhulsel ,dat achteraf de plaat of anode
zou worden in de diode van Fleming .Nog vóór Fleming ,had Edison
ontdekt , dat wanneer er een positieve potentiaal werd toegepast op de
plaat , en de negatieve pool van de batterij verbonden werd met de
gloeidraad , er stroom vloeide doorheen deze keten , maar niet meer
,wanneer men deze polariteiten omkeerde. Maar verder deed Edison niets
met de ontdekking van dit verschijnsel , "Edison-effect " genoemd , dat
hij wel neerlegde in een patent .Verder had hij het te druk met andere
ontwikkelingen op elektriciteitsgebied ,om zich nog verder in zijn
"effect" te verdiepen.
Lee de Forest.
Hier : Lee portret = collage van 4 fotos
Lee de Forest werd geboren in Council Bluffs ( Iowa/USA) op 26 augustus
1873 . Zijn moeder , Anna Margaret Robbins , was de dochter van een
Minister (zo genoemd: in feite een pastoor, hoog in aanzien) .
Toen hij nog maar zes jaar oud was , werd zijn vader , Henry Swift de
Forest , van oorsprong een Hugenoot , benoemd tot direkteur
van een school voor zwarten in Talladega , Alabama . Deze school werd
toentertijd genoemd "Vereniging van Amerikaanse missionarissen die
jonge negers opleiden tot geestelijke ".De ganse familie verhuisde naar
Alabama .Daar groeide Lee op ,oorspronkelijk door zijn vader
voorbestemd om dominee te worden ,zoals zijn grootvader.
De Secessie-oorlog was nog maar juist voorbij ,en het feit dat
vader deForest zich met "negers" bezighield was niet van die aard
om de sympathie te winnen van grote delen van de Alabama-bevolking.Op
school was ook Lee helemaal niet geliefd bij zijn medeleerlingen ,omdat
hij altijd op een goed blaadje wilde staan bij zijn leraars , en alles
deed opdat ze hem zouden loven en waarderen .Dit is een karaktertrek
die hem zijn gehele leven zou bijblijven . Hij voelde zich " beter dan
alle anderen",en daardoor werd hij weldra zonder vrienden "de
eenzaamste leerling van Alabama ".Hij stelde vroeg belangstelling in de
wetenschappen en vertelde later aan iedereen die het wilde horen,dat
hij zijn eerste dollar had verdiend ,door het opnieuw verzilveren
van de vorken en lepels van het keuken-couvert van een buurman . Op
13-jarige leeftijd bouwde hij als vervolg op deze ervaring , een
apparaat om grotere voorwerpen te verzilveren. Tegelijkertijd ontwierp
hij een stoom-locomotief , veel groter dan een speelgoed-trein , en een
fornuis met blaasbalg , om er metalen mee te smelten op hoge
temperatuur.
Lee mocht aan de Yale universiteit studeren voor werktuigkundig
ingenieur , en hij verwierf dit diploma in 1896.In 1897 werd hij
verplicht als soldaat zijn militaire dienst te vervullen,tijdens de
Spaans-Amerikaanse oorlog .In 1898 behaalde hij een doctoraat (Ph.D.)
met een proefschrift over de weerkaatsing van de electromagnetische
(Hertze) golven , die de uiteinden verlieten van evenwijdig gespannen
metalen draden .Dit onderwerp hield verband met de draadloze
radio-telegrafie ,een onderwerp waarvoor hij reeds vanin zijn jeugd
begeesterd was . Reeds op 16-jarige leeftijd had deForest aangekondigd
dat hij uitvinder wou worden . Deze ambitie groeide nog na het verlaten
van de universiteit , en weldra verwierf hij als uitvinder , faam en
fortuin ,met Nikola Tesla als zijn idiool.Hij heeft ook steeds gezegd
dat Marconi en Edison ,voor hem een bron van inspiratie waren .
Lee de Forest verwierf als uitvinder ,180 patenten op zijn naam .Zijn hoop op een Nobelprijs ging echter nooit in vervulling .
Wel heeft na de tweede wereldoorlog,de toenmalige president van de VSA
,Dwight D. Eisenhower,hem ter gelegenheid van de vijftigste verjaardig
van de uitvinding van de triode, warme persoonlijke groeten gestuurd.Ze
luidden : "door U als uitvinder ,zijn de moderne radio , televisie en
radar , werkelijkheid geworden .Moge je nog vele jaren voor de boeg
hebben ,om de vruchten van Uw werk en arbeid te plukken en er
voldoening aan te beleven ".
Hier figuur 1956
Loopbaan.
Als afgestudeerde van de Yale universiteit,kreeg Lee een baan bij
Western Electric in Chicago ,met een aanvangswedde van 8 dollars per
week.Het werk lag eigenlijk niet in de lijn van zijn universitair
doctoraat,want hij moest opzoekingswerk verrichten op dynamo s .
Omdat hij niet veel verdiende ,en hij zijn huishuur moest betalen
in Chicago waarnaar hij verhuisd was , probeerde hij wat geld bij te
verdienen met de vertaling van technische artikels. Daarmee richtte hij
thuis een klein laboratorium in , en om de kosten van het dagelijks
leven te kunnen betalen kocht hij geen kleren en geen schoenen meer ,
en liep er steeds verwaarloosd bij.Een professor van het "Armor
Institute of Technology " was dit te weten gekomen en bood hem
aan ,drie uren les te geven aan dat instituut ,waarvoor hij dan de
ganse week mocht beschikken over het laboratorium van deze
inrichting.
Omdat het hem niet beviel voor anderen te moeten werken,en omdat de
radio-telegrafie hem boeide ,wou Lee een eigen radio-systeem ontwerpen
dat losstond van de patenten die Marconi verworven had .Hij wou
daarvoor een eigen bedrijf stichten ,maar had daarvoor in feite niet de
nodige commerciële basis-opleiding .Bij Western-Electric vond zijn
streven naar nieuwe radio-ontwikkelingen geen weerklank , en zijn
oversten zegden " Luister eens , deForest ,nooit zult ge een
goede telefoon-ingenieur worden ,want gij lijkt er niet geschikt voor.U
kunt beter opstappen , en doe dan maar uw eigen goesting , en
alles wat u belieft , maar dan niet meer op onze kosten ". Lee
nam deze belediging letterlijk.Zijn volgende werkgever had een
radio-telegraaf ontworpen en daarom voelde Lee zich daar beter thuis .
De Wall-Street- financier Smythe die wel wat in hem zag , financierde
hem , en in 1900 nam deForest een patent op een nieuwe hoogfrekwent
detector die hij de "responder" noemde .Dit was een elektronische
detector ,een soort relais waarin zeer kleine hoogfrekwente stromen
,een veel groter vermogen kontroleerden,afkomstig van een plaatselijke
bron. De responder was het deForest s eerste patent .Hij hoopte
daarmee enkele Marconi-patenten te omzeilen .Hij startte een eigen
bedrijfje met een genaamde Freeman als vennoot ,maar toen ze voor de
Marconi Company een schip-naar-kust verbinding moesten verzorgen ,bleek
hun zender niet verder te reiken dan 4 kilometers.
Na deze mislukking hielp (opnieuw) Smythe , hem een nieuw bedrijf te
starten : " deForest Wireless Telegraph Company", alweer met Freeman .
In 1903 kreeg hij van een groot dagblad de opdracht een
telegrafie-bureau te installeren ,hetgeen een snelle overseining van
het nieuws mogelijk maakte. In Engeland mocht hij om dezelfde reden een
radiodienst oprichten om beter verslag te kunnen uitbrengen over de
Russisch-Japanse oorlog .Ook konden Lee en Freeman hun
produkten verkopen aan het Amerikaans leger en de zeemacht,en ze
verdienden goed geld aan de bouw van een radio -verbinding tussen
Costa-Rica en Panama .
hier figuur 1904 en 1904a
Men schat dat deForest aldus op 30-jarige leeftijd ,reeds een
kapitaal had opgebouwd van 1 miljoen dollars .Nog 90 andere
verbindingen stonden op het programma,maar deForest kon de problemen
niet aan en verkocht het bedrijf in 1907 . Met dat geld richtte hij
de " deForest Radio Telephone Company " op ,met een startkapitaal
van 2 miljoen dollars . Ondanks aankopen door de Zeemacht ,
reklame-uitzendingen in 1908 vanop de Eiffeltoren in Parijs , en het
uitzenden van de Caruso Opera in januari 1910 , ging het bedrijf
failliet in 1911.
Tot overmaat van ramp werden in mei 1912 , twee medewerkers van
deForest , opgesloten in de gevangenis , wegens frauduleuze reklame
-praktijken .
De triode.
In 1849 had W.R. Grove , ge-experimenteerd met twee in een glazen buis
ingesloten platina-electroden,die verhit werden , terwijl hij een
hoeveelheid gas doorheen de buis joeg.Hij wou met deze proef de
elektrische geleidbaarheid van verschillende soorten gassen meten .In
1853 vond de Fransman Becquerel ,dat in een dergelijke opstelling ,een
elektrische stroom beter geleidt in de ene zin door het gas in de buis
,dan in de andere zin. De Duitser Wehnelt ontdekte in 1902 dat bepaalde
alkalische oxiden , electronen konden uitzenden wanneer ze verhit
werden.( cfr. ook : de "wehnelt" in de latere kathodestraalbuizen) .
Verder bordurend op deze opzoekingen ,was Lee deForest er van
overtuigd ,dat twee metalen elektroden ,verhit in een
bunsen-brander,konden gebruikt worden als radio-detector.Hij speelde
met het idee van een " lichtboog-detector ".Hij onderzocht de
invloed van een hete vlam op twee platina-electroden. Ze werden
in de antennekring van een radio-ontvanger (voor zover men daarover
reeds kon spreken) geplaatst.Eén der plaatjes was bedekt met een stukje
chloorkalk. Parallel met deze kring schakelde hij een stroombron
of een "B" (= booster-) batterij ,in serie met een
hoofdtelefoon.Hij stelde een gelijkrichting vast , en een geringe
versterking. Hij besefte echter snel , dat het gebruik van een vlam,een
praktische uitvoering van deze schakeling in de weg stond
.
Figuur Vlam met daarnaast
fig. Vlam1
Nadat Fleming in 1904 de diode had uitgevonden,dacht De Forest ,dat
binnenin een glazen omhulsel , een geïoniseerd gas moest ingesloten
worden om de werking van de diode te verbeteren .Hij dacht daarbij ,dat
een voldoende grote hoogfrekwente spanning , de gasontlading in gang
zou zetten,zodat het systeem dan zou werken als een detector ,op
dezelfde wijze als de gekende Branly coherer,waarvan de weerstand zeer
sterk veranderde op het ogenblik dat er aanstotende electromagnetische
golven op vielen. O.W.Richardson had echter reeds in 1903 verklaard
,dat een gasontlading in een twee-electroden-opstelling ,niet nodig was
,wegens de thermionische emissie door de gloeidraad in een diode.Koppig
als hij was , hield De Forest vol , dat hij toch een gasontlading wou
veroorzaken in een diode , door een derde electrode aan te brengen
binnen het glasomhulsel , die de gasontlading in gang zou zetten of
"triggeren".Hij wou daartoe een ingangsspanning toepassen tussen deze
nieuwe electrode en de gloeidraad .
Het plaatsen van hetgeen later een stuurrooster zou genoemd worden ,
binnenin de lamp , verliep in stappen.Eerst had De Forest een stuk
zilverpapier rond de diodelamp gewikkeld , en probeerde daarmee
de electronenstroom te sturen.Daarna plaatste hij binnenin de lamp
,tegenover de gloeidraad , een tweede plaat ,rechttegenover de reeds
bestaande anode :
Figuur
begin
Vervolgens zocht hij de beste plaats voor dat nieuw element , en kwam
tot het besluit dat deze electrode het best zou opgesteld worden in de
electronenstroom tussen de gloeidraad en de oorspronkelijke anode ,maar
dan wel in geperforeerde vorm , dus voorzien van gaatjes , om ,zoals
hij zei : " de ionen door te laten en te kontroleren ". Hij nam kontakt
op met een lampen-vervaardiger ,een genaamde mijnheer Condless , die
deze derde electrode uitvoerde onder de vorm van een in zigzag-vorm
gewikkelde metalen draad ,met een totale oppervlakte van 15 vierkante
centimeters . De eerste aldus vervaardigde triode-lampen sneuvelden
reeds na 3 minuten , maar dit was lang genoeg om aan te tonen ,dat een
geheel nieuwe , revolutionaire buis was tot stand gekomen ,die
als veel gevoeliger hoogfrekwent -detector kon dienen , dan de
Fleming-diode en de kristal-detectoren.Deze buis was geen eenvoudige
gelijkrichter meer ,maar een demodulator (begrip dat toen nog niet
bestond) voor radiogolven.Candless zou er in de periode tussen 1907 en
1913 , meer dan 800 exemplaren van verkopen aan allerlei
experimenteerders en radio-amateurs.
Hier
figuur vroeg met daarnaast figuur 1906
Toen bleek dat de nieuwe buis , eerst "audion" en later "triode"
genoemd , interessante eigenschappen vertoonde,ook zonder gasvulling
,groeide de aandacht daarvoor , zelfs door David Sarnov ,eerst
medewerker , daarna direkteur van RCA (Radio-Corporation of
America). Sarnov (1891-1971) was geboren in Rusland .In 1900
waren zijn ouders geëmigreerd naar de Verenigde Staten en daar was hun
zoon kranten beginnen verkopen in de straten van New York . Op
15-jarige leeftijd bracht hij het tot telegrafist in een
postkantoor.Met het verdiende geld begon hij elektriciteit te studeren
en hij zou zich later ontpoppen tot elektronen-buis specialist in een
"vacuum tube department " en "sound-engineer ", en na de opkomst van de
halfgeleiders , als " solid state physicist " in de
elektronica-afdeling van het sterkstroom-bedrijf General Electric . In
1931 zou hij daar meehelpen aan het bouwen van radio-ontvangers met
trioden. Van 1946 tot 1948 was hij vice-president van RCA en in 1960
werd hij General Manager van dit bedrijf ,dat in 1986 zou opgekocht
worden door General Electric (G.E.) .
Hier foto Sarnoff1 en daarnaast gedenkplaat
De Forest had voortdurend op zijn hoede moeten zijn , om geen inbreuk
te maken op het Fleming patent dat in het bezit was van de Marconi
Company . Fleming had trouwens vanaf de bekendmaking van de uitvinding
door De Forest , de uitvinding van deze laatste aangevochten onder het
motto " deze charlatan is een plagiaat-pleger, en een bedrieger " . Hij
verloor echter het proces voor de Rechtbank . De Forest zei : "deze man
probeert mij de uitvinding van de eerste interessante vacuum-buis af te
nemen , en op zijn naam te doen plaatsen . Als dat niet overdreven is "
. Wij moeten toegeven dat beiden zeer verdienstelijken
waren ,waaraan de gehele audio-visuele -en telecommunicatie
-wereld bijna alles te danken heeft , en die beiden op hoge
leeftijd ,als pioniers de geschiedenis zijn ingegaan.
Hier figuur buizen
De versterking , een geheel nieuw verschijnsel.
De triode werd in 1906 uitgevonden (octrooi aangevraagd in oktober
1906) en gepatenteerd op 15 januari 1907 (U.S. patent 841387,toegekend
voor het "device for amplifying feeble electric currents "). De Forest
voegde er nog aan toe ,dat "de uitgangsstroom wordt gekontroleerd door
een electrode die zelf geen merkbare stroom trekt ".
Hier fig original met daarnaast 1907patent
Een ander patent " deForest Nr 879532 , een jaar later neergelegd ,
toont de sturende electrode in de vorm van een rooster tussen de
kathode en de plaat . Dit patent beschrijft de schakeling echter
slechts als een detector . De vroege geschiedenis van de
elektronenbuis-versterker zit dus vol verrassingen en onduidelijkheden.
Merkwaardig genoeg , publiceerde Ambrose Fleming , de grote
tegenstander van Lee , op het einde van 1907 , een foto van het
deForest audion ,met de volgende korte beschrijving : " deForest
oorspronkelijke audion-lamp uit begin 1907.
De volledige hoogte van de lamp,de basis waarin ze vastgeschroefd wordt inbegrepen , bedraagt 3,75 duim " .
hier figuur 1907 met daarnaast of
daaronder figuur 1908 brevet en figuur audio 1 of audion2
of audion3 naar keuze voor
beste afdrukresultaat .
Op 22 januari 1908 werd de triode in Frankrijk gebreveteerd onder de
benaming " triode-detector-en versterker van Lee de Forest , brevet
386.426 ".
Dat deForest in die periode de triode had uitgevonden,werd in die tijd
door niemand gewaardeerd . Men noemde ze "een waardeloos ding , dat
bovendien voor minstens de helft was afgekeken van Reginald Fessenden
,die daarop reeds een patent genomen had ". Ze
werd aanvankelijk beschouwd als een ander soort hoogfrekwent detector
dan de kristal-detector,en de diode van Fleming , en niet meer of niet
minder.
Op 30 oktober 1912 gaf De Forest in de Western Electric Co. Labs te New
York ,samen met zijn vriend John Stone ,een demonstratie over zijn
audion . Hij deed het zelfde , eveneens in 1912 , voor de toenmalige
Bell Telephone Labs . In 1912 werkte Lee , zijn "cascade -idee " uit ,
hetgeen inhield dat hij verschillende trioden in serie boven elkaar
plaatste ,en de ganse reeks met een hogere kathode-anode-spanning
voedde. Bij een andere opstelling koppelde hij de
uitgangswisselspanning van een vorige triode , aan de
stuurrooster-kathode ruimte van de volgende triode via een
transformator ,enz. tot hij een grote versterking bereikt had van de
ingangs-wisselspanning van de eerste buis .Een dergelijke
versterkers-keten bleek essentieel te zijn voor lange
afstands-communicatie op telefoonlijnen .
De Forest deed verder niets met zijn "audion" , en concentreerde
zijn inspanningen op radio-telefonie. Hij was inderdaad in de
jaarwisseling van 1909 tot 1910 benoemd tot hoofd van de "Radio
Telephone Company" in New York .
hier figuren 1910Opera en 1913 naast elkaar
Het is slechts nadat opzoekingen vanuit de industrie in 1912 en 1913
aantoonden dat de triode ook kon gebruikt worden als versterker en
oscillator,dat ze opgang maakte .Zodra de industriële produktie van de
triode aanving , volgden de brevetten elkaar op ,zoals een brevet ,in
1912 neergelegd door Western Electric , het engels brevet 1.113.149 van
25 oktober 1913, het frans brevet 467.747 van 27 januari 1914 (dus op
het einde van de eerste wereldoorlog) overgenomen door het Deutsche
Gesellschaft für drahtlose Telegrafie mbH .
Hier figuur 1914 brevet met daar naast figuur eerste
Aanvankelijk had de triode een zo geringe versterking ,dat ze slechts
weinig verschilde van de diode.De versterking vergrootte echter
merkelijk toen 5 jaar na 1906 , Edwin Howard Armstrong een
regeneratieve-of terugkoppelings-schakeling uitwerkte.De positieve
terugkoppeling maakte het mogelijk een gevoelige ontvanger voor
radio-golven te bouwen ,alsook een niet-mechanische signaalgenerator
voor telegrafie-signalen.De hoogfrekwente spanning werd in faze
teruggekoppeld van de anodekring naar de roosterketen van de
triode,waardoor haar versterking enorm toenam,en Armstrong er zelfs een
oscillator mee kon maken (patent van 22 september 1912 , ook neergelegd
in Engeland ).
Alhoewel Edwin Armstrong de uitvinder was van deze eerste oscillator
met triode , en van de positieve terugkoppeling ,eiste De Forest , dat
de patenten daarvan op zijn naam zouden overgeschreven worden ,een zaak
die hij in hogere aanleg won voor de Rechtbank ,en die hij met de steun
en de hulp van de machtige AT&T in 1917 nog eens extra liet
bevestigen door de Rechtbank , dit tot groot ongenoegen van
alle radio-ingenieurs in Amerika , die terecht vonden dat Armstrong
zeer groot onrecht was aangedaan. Slechts in het begin van de eerste
wereldoorlog 1914-1917 ,kwam op de deuren van de radio-cabines op de
Amerikaanse schepen , de benaming "radio" voor . In het nu nog steeds
zeer conservatieve Engeland , bleef men tegen alles in , het woord
"wireless" gebruiken.
De gerechtszaak tegen Armstrong had de Forest veel geld gekost ,
omdat ze door de traagheid van het gerecht aansleepte van 1914 tot 1917
met nog in-beroep-procedures tot in 1934 . De Forest verloor er al zijn
(weinige) vrienden door ,die er hem van beschuldigden ,reeds
gedurende vorige jaren , op een oneerlijke manier ,de originele
ideeen van anderen gestolen te hebben ,om ze dan voor te stellen als
nieuwe uitvindingen , zoals hij reeds in 1902 gedaan had met de
"electrolytische detector " die hij gezien had tijdens een bezoek aan
het atelier van de uitvinder Reginald Fessenden. (zie Fessenden
hierboven onder : "de versterking,een geheel nieuw verschijnsel ".)
Om al de gerechtskosten te kunnen betalen , verkocht de Forest een
riante villa die hij gebouwd had op de oever van de Hudson rivier in
New-York . Armstrong was zodanig teleurgesteld door het verlies van het
proces , dat hij er nog twintig jaar onder leed ,en tenslotte zelfmoord
pleegde in 1954 .
Hier figuren 1916 of 1916a met daarnaast figuur vroeg1
Na Armstrong werden andere veel gebruikte oscillatoren ontwikkeld (de
Colpitts en de Hartley oscillator bv.) door E.H. Colpitts die
werkte bij de Bell Labs en L.Hartley ,tewerkgesteld bij
Summit . P.H.Pierce had reeds op 16 november 1912 ,nadat hij Edwin
Armstrongs oscillator had bestudeerd , de kristal-oscillator
uitgevonden. Ondertussen had Lee de Forest als eerste in de
radio-geschiedenis "honingraat "-spoelen gemaakt met Litze-draad ,
spoelen met grote zelfinductie en geringe eigen-kapaciteit , die ook
konden gebruikt worden als gekoppeld spoelenpaar in
terugkoppel-schakelingen .
In 1916 deed Lee mee aan de verkiezingscampagne in de strijd tussen
Wilson en Hughes. Hij zond daarbij uit met een radio-zender die
geïnstalleerd was op High Bridge te New York .In 1920 deed hij
hetzelfde met de zender KDKA en WWJ ( the Detroit- News-station)
. En in 1920 mocht Lee een andere versie van zijn zenders opbouwen in
een radio-station te San Francisco .
Hier figuur 1919 ,1920 ,1920tijdens radio-uitzendingen en
lee de forest
(=1929)
naast of onder elkaar
Lee de Forest werd op 8 januari 1930 verkozen tot president-voorzitter van de IRE (Institution of Radio-Engineers).
In 1932 ,zou Harry Nyquist van de Bell Telephone een verder
gevorderde theorie over de terugkoppeling (feedback) ontwikkelen , die
ruime navolging vond (met Nijquist diagrammas).
Hier figuur 1920a met daarnaast figuur 1930
Verdere ontwikkelingen.
Dat de triode kon versterken ,was van grote betekenis voor de telefonie ,
waarvan de lijnen en kabels slechts telefoongesprekken ( cfr. Graham
Bell , uitvinder van de telefoon) konden overbrengen over een beperkte
afstand , en daarna verzwakt , gedempt en onverstaanbaar werden .
AT&T (American Telephone and Telegraph Company) kocht van
deForest , voor 50000 dollars alle rechten op voor het gebruik van de
triode in radio-telegrafie,in repeaters en in radio-telefonie (voor
deze laatste rechten kreeg De Forest nog eens 250000 dollars).Ook
Western Electric sprong op de triode-kar en bracht in 1915 een
triode HF- versterker uit voor radio-uitzendingen over lange
afstand.Western Electric bracht tegelijkertijd twee laagvermogen
ontvangst - trioden uit .Tijdens het vervaardigingsproces werd de anode
, die twee uitwendige aansluitingen had ,elektrisch opgewarmd gedurende
het luchtledig pompen ,zodat door de warmte ,de gassen
verdreven werden en een beter vacuum bereikt werd. Voor toepassingen in
zenders ,plaatste men soms 18 buizen in parallel teneinde een groter
vermogen te bereiken .
figuren demonstratie en verscheidene en various naast elkaar of onder elkaar .
Met de triode-technologie werd op 18 oktober 1913 de eerste
telefoon-repeater geïnstalleerd tussen Baltimore en New York. De eerste
trans-oceanische radio-telefonie kwam in juli 1914 tot stand ,
"transcontinentale telefonie " genoemd .
De eerste telefoonlijn tussen New York en San Francisco werd geopend op
15 januari 1915. Er werd daarbij gebruik gemaakt van deForest s audion
als eerste grootschalige toepassing van de electronika.
Hier figuren naast of onder elkaar 1916c ,1916d
Wanneer de triode van deForest als detector gebruikt werd , werkte ze met 22,5 volt batterijen , en ze kostte 18 dollars.
Aan diverse toepassingen van het gebruik van de triode ,werden
verbeteringen aangebracht door Irving Langmuir van General Electric en
Ph.D. Herald Arnold van Western Electric . Deze laatste had in november
1912 , in alle toepassingen van de triode , de blocking-kondensator
laten verwijderen die Lee deForest voor sommige schakelingen had
aangebracht tussen het stuurrooster en de kathode.Een veel betere
werking van de versterker was daarvan het gevolg .Arnold had reeds
daarvoor opgemerkt , dat een eventuele gasvulling van de triode
(oorspronkelijk idee van Lee ) er de werking alleen maar kon van
verslechten .Hij had tijdens de werking van de triode, een blauwe
schijn van een gas-ionisatie opgemerkt ,en was daar niet gelukkig over
.Hij toonde de juistheid van zijn opvatting aan , door de triode extra
goed leeg te pompen met een vacuum pomp die hij daarvoor speciaal uit
Duitsland had laten overkomen ,en er bijkomend , een
"getter" in aan te brengen.Dit was een nieuw idee van hem , om de
laatste restjes gas en lucht binnen het glazen omhulsel te laten
opslorpen door een stof die tenslotte als een glanzende
metaalfilm neersloeg op de binnenkant van de glazen ballon. Een veel
betere triode was het gevolg van zijn ingrepen .
De meeste volwaardige triode-buizen ,werden gefabriceerd tussen 1950 en
1960. Als uitzondering geldt de 300B -triode , die reeds in 1935 op de
markt gebracht werd door Western Electric.
Hier figuur 1920a met daarnaast figuur koptelefoon
Tot besluit : het privé-en huwelijksleven , en Lees latere jaren.
1)Lee was een grote opera-liefhebber,maar bovendien een gedreven
schrijver .Vooral in het begin van zijn wetenschappelijke loopbaan
schreef hij veel geïllustreerde poëzie zoals "Moonlight on the Hudson
",maar ook honderden brieven naar zakenlui,naar de uitgevers van
populaire tijdschriften aan wie hij technische artikels zond over
de beginnende elektronica,zoals ook wetenschappelijke artikels naar
wetenschappelijke tijdschriften ,persoonlijke brieven (vooral naar het
andere geslacht ), film-scripts , en hij hield een dagboek bij. In 1950
publiceerde hij een auto-biografie , getiteld : "De vader van de Radio
".
De meeste van deze schrijvens en publicaties kan men vandaag bekijken
in het Perham Foundation Electronics History Museum .
Hier figuur boeken over Lee
2) Lee was niet alleen opera-liefhebber,maar ook muziekliefhebber.Hij
schreef naar wie het wilde lezen , dat de radio-telefonie , en
de radio-omroep uitstekende middelen waren , om muzikale ontspanning
binnen te brengen bij de families thuis en muziek daar te leren
waarderen.
In 1907 zette hij deze ideeën kracht bij door de stichting en
oprichting van de " deForest Radio-Telephone Company " . Hij
schreef daarover : " weldra zal het mogelijk zijn , op grote schaal
naar opera-muziek te luisteren ,verspreid door radio-zenders , die door
mijn Radio-Company zullen kunnen geplaatst worden in het Metropolitan
Opera House ,en op de hoogste verdieping van andere culturele plaatsen
,met een antenne op het dak daarvan . Hetzelfde geldt voor andere
steden dan New York , waar men niet alleen naar gewone muziek , maar
ook naar kerkmuziek en voor de microfoon gegeven voordrachten zal
kunnen luisteren ". In 1910 zond hij vanuit de Metropolitan Opera
,het rechtstreeks opgenomen opera-gezang uit van Enrico Caruso ,
teneinde dit audio-medium te populariseren.
Hier figuur 1921 met daarnaast of daaronder 1915 piano
3)Lee was viermaal getrouwd. Dat hij deze toestand met zijn
uitvindingen kon kombineren , was volgens zijn omgeving te danken aan
het feit dat hij een " gezonde , sterke, robuuste man " was .De vraag
kan gesteld worden , waarom een vrouw ervoor kiest ,mee te
gaan met een man die dag en nacht werkt als industrieel en free-lance
werker , met nadenken ,vorsen en experimenteren bezig is,en die zelfs
meerdere huwelijken achter de rug kan hebben.Het eerste huwelijk vond
plaats in 1906 en de gelukkige (?) heette Lucille Sheardown.Dit
huwelijk eindigde in een scheiding na minder dan een jaar. De tweede
verbintenis kwam er in 1907 met als bruid Nora Blatch , die notabene de
schoondochter was van een gekende voorvechtster van meer rechten voor
de vrouwen:Elisabeth Cady Stanton . Lee verwekte een kind bij Nora
,die ingenieur was , en zich door de overname van de ideeen van
Cady Stanton tot vrijgevochten vrouw verklaarde. Ze zei : als ingenieur
kan en wil ik niet leven in de schaduw van een andere ingenieur ,al is
het mijn echtgenoot Lee .In 1911 gescheidden ze.In 1912
hertrouwde Lee met de zangeres Mary Mayo , en dat is niet verwonderlijk
wanneer men vaststelt dat Lee via zijn radio-uitzendingen vaak in
kontakt kwam met vrouwelijke artisten.Uit dit huwelijk dat 15 jaar
standhield , werden twee kinderen geboren.
Hier figuren familie 1 en familie 2 naast elkaar of onder elkaar
De vierde en laatste echtgenote heette Marie Mosqu . Ze was een
Hollywood-ster uit de tijd van de stomme film .Deze films werden
nu dankzij de Forest voorzien van klank . Lee was op deze
leeftijd reeds een rijke man door de miljoenen dollars die zijn
uitvinding van de triode en al zijn initiatieven van gestichte
"companys " , hem hadden opgebracht , en hij verhuisde naar Hollywood
.Hij zou daar de laatste 30 jaren van zijn leven doorbrengen ,zich
toeleggend op technische vindingen , die ogenschijnlijk weinig met
radiotechniek te maken hadden,zoals de ontwikkeling van
geleidingssystemen voor precisie-bommen ,en het toevoegen van een
gesynchroniseerde geluidsband aan bioscoop-films , een procedé dat hij
reeds in 1920 uitvond ,en dat gedemonstreerd werd in theaters tussen
1923 en 1927,maar waar hij slechts in 1959 een Oscar voor kreeg van de
Academy of Motion Picture Arts and Sciences . Het opschrift luidde :
"Academy Honorary Award to Lee de Forest for his Pioneer Invention
,which brought Sound to the Motion Picture .
Hier figuur oscar met daarnaast film en film1
In de bioscoop-projector bracht hij een sterk geconcentreerde lichtbron
aan , die een lichtstraal zond doorheen een geluidsband van heldere en
donkere strepen op de beeldjesfilm. Dit gemoduleerd licht viel op een
fotocel ,gevolgd door een geluidsversterker,waardoor de lichtvariaties
werden omgezet in klankveranderingen.Hij noemde dit : conversie van
licht in audio .Hij ontwikkelde Audion-diathermy apparaten voor
medische toepassingen ( genezing door warmte-bestraling) ,en tijdens de
tweede wereld-oorlog 1940-1945 deed hij militaire research voor
de Bell Telephone Laboratoria .
hier figuur 1944 met daarnaast diathermie
Van Marie Mosqu (hij was reeds grijs in gezelschap van deze
jongere echtgenote ) zei hij , dat dit het gelukkigste van zijn vier
huwelijken was.
Hij stierf op 87-jarige leeftijd te Hollywood op 30 juni 1961. Marie
overleefde hem en liet hem begraven op het San Fernando kerkhof
te Mission Hills , Californië .
hier figuur graf
Naschrift .
In 1947 werd door de Bell Labs bekend gemaakt , dat Brattain , Bardeen
en Shockley , drie fysici , de transistor uitgevonden
hadden. Het is duidelijk dat aan deze uitvinding hard gewerkt was
tijdens de jaren 1940-1945 van de tweede wereldoorlog , om
elektronische uitrustingen , te dragen door soldaten,en mee te voeren
met vliegtuigen ,lichter te maken .
William Shockley (1910-1989) was bij de Bell Labs beginnen werken in
1936 . Er bestaan foto s van hem , gefotografeerd met Lee de Forest .
hier foto Shockley
Geraadpleegde werken :
1) Some Beginnings of Applied Electronics, uit The Microwave Journal ,april 1946
2) Pioneers / Lee De Forest , last of the great inventors ? ,door
W.A.Atherton ,in Electronics World-Wireless World , november 1989
3) The American President hails doctor Lee de Forest , uit Radio-and Television News , juni 1956 .
4) Electronics History before 1930 , uit Radio-and High Frequency,1957.
5) Lee de Forest , uit Straling , veertiende jaargang ,nummer 10 ,blz 249.
6) Birth of the Electron Tube Amplifier , door F.B.
Llewellyn van Bell Telephone Laboratories , in Radio&Television
News , maart 1957 .
7) A propos de l histoire des telecommunications , door Jean Baudot ,
in Revue des Ingénieurs Belges , 1985 : 7(3) .
8) Lee de Forest ,van bunzenbrander naar Audion-buizen ,uit Geschiedenis van de Wetenschap voor de Timmerman ,mei 1961 .
9) Elektrische geleiding in gassen , Revue des Ingénieurs Belges ,1985:7(3) .
10) Electron (tijdschrift van de Veron) , tweede jaargang , nummer 4 ,
april 1949 : Lee de Forest
11) Lee de Forest , in Radio & Television News , juni 1956
Ambrose Fleming ( 1849 - 18 april 1945 : werd 95 jaar oud )
Klik op de foto hiernaast om alle in de tekst aangeduide afbeeldingen te bekijken
Hier foto s Fleming1 naast ofwel Fleming2 of Fleming3
Fleming
is de engelse ingenieur , die de diode uitgevonden heeft , de eerste
radiolamp ooit , die de weg heeft geopend naar het ontstaan van de
radio-ontvangers -en zenders. Gepatenteerd in 1904 , werd ze toen
"thermionische lamp" genoemd , of "vacuum diode" , de "kenotron "
,of de "twee-elektrode-gelijkrichter ".
Hier
naast elkaar
:
1888
,
1889
,
lamp1
Fleming droeg bij tot de foto-metrie (meten van de
licht-intensiteit), de draadloze telegrafie , elektrische meetmethoden
,de ontwikkeling van de elektronica .Hij is de auteur van meer dan 100
wetenschappelijke publicaties en boeken . Daaronder : " The
alternate current transformer " (1889,1892) [ de oorspronkelijke studie
voor de IEE ,is bewaard in the Institute for Electrical
Engineers te Londen ], " The principles of electric wave telegraphy "
(1906) , " The propagation of electric currents in telephone and
telegraph conduction " (1911), " Memoirs of a scientific life "
(1934) .Op het gebied van elektrische (sterkstroom-) machines ,kennen
we van hem de linkerhandregel voor motoren en de rechterhandregel voor
generatoren ,waarbij de middelvinger ,de wijsvinger en de duim onder
rechte hoeken gespreid gehouden , de richting (en zin) van het veld ,de
stroom en de kracht aanduiden.
Hier figuur "handregels "
Hij
was raadgever van de Edison Electric Light Company ,van de
Marconi Wireless Telegraph Company ,Swan , Ferranti , Edison
Telephone Co.,en een populaire universiteits-professor zoals
Lecturer aan de universiteiten van Cambridge en Nottingham ( professor
of physics and mathematics ) en U.C.L. (University College London) . In 1929 werd hij voor zijn talloze verdiensten tot ridder geslagen , zodat hij zich van dan afaan "Sir ..." mocht noemen .
Het interessante leven van John Ambrose Fleming . Hij
werd geboren te Lancaster , Engeland ,op 29 november 1849 , als oudste
zoon van zeven kinderen , uit het gezin van de " congregatie-pastoor "
James Fleming en zijn echtgenote Mary-Anne .( Deze
familie-eigenschap zou tot gevolg hebben dat Fleming later in
verschillende katholieke kerken , zoals in Sint Martin in the Fields
,preken mocht houden , en dit tot na zijn gepensioneerde leeftijd .) De
familie van zijn moeder was afkomstig van Swanscombe in Kent , en
was pionier op het gebied van de vervaardiging van Portland cement .In
1854 verhuisde de familie naar het noorden van Londen , waar Fleming
het grootste deel van zijn jeugd doorbracht en ook de overige 70 jaar
van zijn aktief leven zou doorbrengen . Zijn vader stamde af
van een lange lijn Schotse voorvaderen van Vlaamse (Flemish ->
Fleming ) oorsprong , en had enige moeite hem in toom te houden en op
een klassieke manier op te voeden .Reeds op jeugdige leeftijd vertoonde
Fleming tekenen van grote intelligentie. Op 10-jarige leeftijd ging hij
naar een private school ,waar hij bijzonder geinteresseerd was in
meetkunde.Hij was de laatste van de klas in Latijn,en koos daarna ,
wegens zijn belangstelling voor wiskunde, voor universitaire
studies.Reeds op 11-jarige leeftijd , had hij gezegd dat hij ingenieur
wilde worden en hij had thuis een eigen werkplaatsje , waar hij
modelschepen bouwde, motoren, en een zelfontworpen fototoestel ,
waardoor ook een levenslang durende belangstelling voor
fotografie ontstond. Op zijn dertiende verjaardag gaf hij aan de
University-College-School , te West End , Londen , een voordracht over
elektromagnetische verschijnselen . Aan dit zelfde University
college,studeerde hij wiskunde onder de leiding van A.de Morgan en
G.Carey Foster.Na twee jaren studie ,verliet hij deze inrichting wegens
geldgebrek , en hij aanvaardde een job bij een scheepsbouwer in Dublin
.Dit werk beviel hem echter niet ,en reeds na enkele maanden gaf hij
het op en vond een andere baan bij de Londen Stock Exchange ,waar hij
gedurende twee jaren werkte . Als gevolg daarvan zou hij later ,
als leraar ,aan zijn studenten zeggen ," dat ze toch tenminste een
elementaire kennis moesten opdoen over hetgeen zich afspeelt in de
financiële wereld,teneinde geld te verdienen ,samen met een
optimistisch en vertrouwend publiek . ".In 1870 behaalde hij het
diploma van Bachelor of Science aan UCL.Daarna studeerde hij chemie aan
de Koninklijke Mijnschool . Terwijl hij werkte , volgde hij in 1870
avondlessen om zich te vervolmaken en vanaf januari 1871 kreeg hij
gedurende 18 maanden een baan als leraar aan de Rossall school , waarna
hij met het verdiende geld , terugkeerde als student chemie aan het
Royal College of Science in Kensington .Daar schreef hij een
wetenschappelijke verhandeling over "de voltaïsche batterij "
,gepubliceerd in de Proceedings van de Physical Society of London ,
hetgeen in die tijd een grote eer was die hem tebeurt viel .In 1874 gaf
hij les aan het Cheltenham College , opnieuw uit geldnood.Hij
correspondeerde met James Clerk Maxwell , professor aan de Cambridge
Universiteit . In 1877 kreeg hij een studiebeurs van het Sint Johns
College te Cambridge ,en studeerde hij elektriciteit en
magnetisme bij professor James Clerk Maxwell aan de Universiteit te
Cambridge, waar hij zijn doctoraat in de wetenschappen behaalde
(D.Sc.). Op dat ogenblik was hij al 28 jaar oud .Hij had de lessen van
Maxwell gevolgd, die vaak zo hoogstaand en moeilijk waren , dat Fleming
soms als enige student in de klas zat.Hij mocht daarna gedurende een
jaar ,in Cambridge werken als demonstrator van experimenten , voor
ingenieursstudenten in de mechanica .In 1881 werd hij gedurende een
jaar als professor in de wis-en natuurkunde aangesteld aan de
hogeschool-faculteit te Nottingham . Op dat ogenblik , dat de
elektrische verlichting voor het eerst in de belangstelling kwam
te staan van het groot publiek ,werd hij ook nog in dienst genomen door
de Edison Electric Light Company te Londen,een betrekking waarin hij de
daaropvolgende tien jaren zou blijven werken.Als raadgevend ingenieur ,
werkte hij plannen uit voor de elektrische verlichting van een groot
aantal steden , en loste samen met de stadsbesturen de problemen op ,
die daaromtrent ontstonden. Hij ontwierp als eerste , de
elektrische verlichting aan boord van schepen , en installeerde er
elektrische machines. Aan de wal bouwde hij hoogspannings-onderstations
, die voor het eerst werkten met wisselstroom .Fleming voelde zich
sterk aangetrokken door de fysica en werd door het University College
London (UCL) uitgenodigd daarover en over elektrische
ingenieurs-praktijken , een lessenreeks te komen geven .In 1885 vroeg
men hem daar een departement voor electrical-engineering (in een eerste
faze: "departement van elektrische technologie " genoemd) uit de grond
te stampen en hij werd daarin aangesteld als professor , een taak
die hij de volgende 40 jaar zou vervullen .Dit departement was op dat
ogenblik enig in zijn soort , en hij schreef er een veel gelezen boek
,over "telegrafie met elektrische golven ".Hij was bekend door zijn
grondige kennis van wisselstroom-metingen , en van het ontwerpen van
transformatoren .In 1899 werd hem , bovenop zijn professoraat aan de
universiteit, aangeboden , raadgever te worden bij de Marconi Company.
Marconi realiseerde in 1899 de eerste radio-uitzending met Morse
signalen (draadloze telegrafie) over het Kanaal tussen de engelse
en de franse kust. Marconi noemde van dan-afaan zijn bedrijf ," de
Marconi Wireless Telegraph Co Ltd ".De draadloze telegrafie stond toen
nog in haar kinderschoenen ,alhoewel Marconi er vanuit het Marconi
zendstation te Poldhu in 1901 in slaagde een eerste radio-bericht over
de Atlantische oceaan tussen Engeland en de Verenigde Staten van
Amerika over te zenden . Hiervoor maakte hij gebruik van de
radiozender die voor hem door Fleming ontworpen was .
Hier figuur "poldu "
Vóór
hem/hen hadden sommigen geprobeerd hoge frekwenties op te wekken
met speciaal daarvoor ontworpen wisselstroom-generatoren ,maar met deze
alternatoren bereikte men zelden frekwenties boven de 10 kHz .De
radiolamp was toen nog niet uitgevonden en een vonkenzender werd
gevoed door een 25 paardenkracht generator , aangedreven door een
dieselmotor .De antenne was 60 meter hoog opgehangen en werd in serie
gevoed met de sekundaire spoel van een transformator die Fleming voor
dat doel berekend had. Daarvoor had hij twee hoogfrekwente spoelen
evenwijdig met elkaar geplaatst,zodat ze magnetisch gekoppeld waren. De
uitzending gebeurde op een frekwentie die door Fleming (te hoog )
geschat werd op 500 kHz (hetgeen hij pas in 1935 bekend maakte ) , dus
op de grens van hetgeen we nu de overgang tussen de middengolf en de
lange golf noemen .Ook alle schepen zouden daarna uitgerust worden met
zenders-ontvangers ,werkend rond dit frekwentiegebied. Het is pas later
dat men de frekwenties zou verhogen.Merken we op dat er in 1901 nog
geen ontvangers bestonden , om de uitgezonden signalen op een
behoorlijke wijze te decoderen .De door de Fransman Branly in 1890
uitgevonden coherer die eerst de veranderlijke weerstand van
ijzervijlsel gebruikte , onder de invloed van aanstotende Hertze golven
,was de enige , zeer ongevoelige detector voor hoogfrekwente
signalen,waarmee men nog wel enkele punten en strepen kon waarnemen van
het opgepikte telegrafie-signaal.(enkele jaren later ook op de hoogste
verdieping van de eiffeltoren in Parijs door ingenieurs van de
toenmalige Bell-Telefoon ) . Achteraf zou hij vervangen worden door een
soort punt-kontakt halfgeleider -diode , waarbij de punt van een
wolfram-of-tungsteen-draad drukte op een galénesteen,dit is
galliumsulfide.
Hier figuur "detector "
Meer over Poldu : Marconi
was reeds in 1894 begonnen , de experimenten van Heinrich Hertz te
herhalen .Hij was gefascineerd door de Hertze golven en door de
uitvinding van de dipool-antenne door Hertz. Natuurlijk interesseerde
hem ook de commerciele kant van het eventueel draadloos uitzenden en
ontvangen van telegrafie-signalen met de toen pas uitgevonden
Morse-code. In 1896 slaagde hij erin een afstand van 2,5 kilometer te
overbruggen door boven de aarde een vertikale kwart -golflengte-antenne
op te stellen , die nu nog altijd " de Marconi
-antenne " genoemd wordt.
Hier figuur "1896 "
In
Engeland werd toen op zijn aanwijzingen , een dergelijke vaste
verbinding geïnstalleerd tussen het eiland van Wight , en Bournemouth
(1897) die op 22 kilometer van elkaar verwijderd lagen. Hij werkte
daarbij op een lage frekwentie in de HF-band , rond de 300 kHz.
Hier figuur "zender1"
In
1900 vatte hij het idee op om een transatlantische overzending te
proberen te verwezenlijken .In 1901 dacht hij daarbij aan
frekwenties tussen de 182 kHz en 500 kHz. Tenslotte koos hij in
Poldu voor 272 kHz en in oktober 1902 begon hij daarvoor een groot
antenne-systeem te bouwen,met reusachtige houten masten ,61 meter hoog
.Daaronder groef hij radiale metalen draden in de grond ,als
tegengewicht , die elk 305 meter lang waren . In 1904 experimenteerde
hij met een pyramidale ( soort regenscherm-discone-) antenne , die
bestond uit 400 metalen geleiders.In 1905 bouwde hij te Glace Bay in
Canada,een 55 meter hoge vertikale antenne met topcapaciteit die
bestond uit 200 horizontaal gespannen metalen draden. De uitzendingen
in telegrafie werden verwezenlijkt met een door hem gebouwde
vonkenzender.
De diode : de eerste radiolamp ooit . We kunnen
hier beter spreken over "lamp", dan over het later gebruikte woord
"buis ".In 1883 maakte Edison zich zorgen over een zwarte koolstoflaag
die zich aan de binnenkant van zijn gloeilampen afzette .Teneinde deze
neergeslagen film te minimaliseren , had hij een metalen plaat
ingesmolten tussen de gloeidraad en het glazen omhulsel . Daarop verder
zoekend , had hij de positieve klem van de batterij die het filament
voedde , aangesloten op de uitgangsklem van de plaat , en opgemerkt dat
er een kleine stroom vloeide doorheen de plaatkring ,gemeten met een
galvanometer .Hij stelde ook vast , dat wanneer hij de plaat met de
negatieve pool van de gloeidraad-batterij verbond , er geen stroom
vloeide in de plaatkring.
Hier figuur "diode " met onder andere de stroom-spanningskarakteristiek
Dit
verschijnsel wekte ,eveneens in 1883 , de belangstelling van Fleming
.In 1884 reisde hij naar de Verenigde Staten en ontmoette daar Edison
en bezocht de Edison laboratoria . In een verhandeling die hij in 1890
publiceerde bij de Royal Society , merkte hij op , dat wanneer hij de
Edison-lamp voedde met een wisselstroom in plaats van met gelijkstroom
, de wisselstroom werd omgezet in gelijkstroom. Hij noemde dit :
"gelijkrichting " (rectification) .Het is slechts 14 jaar later , dat
hij deze vinding publiek maakte , door er in 1904 een patent op te
nemen , waarin hij de aldus gebruikte lamp , de "
oscillating valve " noemde , later bekendgemaakt onder de
benaming " thermionic valve " of "thermionic diode ".De
serieproduktie daarvan werd door de Marconi - maatschappij aangevat.
Hier figuur "lamp" , met daarnaast figuur "dioden"
Hij
stelde vast dat de gelijkrichting ook plaats vond op hoge frekwenties ,
en daarmee was de radio-detector geboren , die de coherer van Branly
zou vervangen. Zijn opzoekingswerk concentreerde hij in 1896 op
kathodestralen , en drie jaar later werd hij aangesteld als
wetenschappelijke raadgever aan de Marconi Wireless Telegraph
Company.Daar duidde hij aan , welk materiaal en welke opstelling men
moest gebruiken voor de eerste overzending van telegrafie-signalen over
de atlantische oceaan in 1901 .Als Marconi-raadgever had hij ook
nog tijd genoeg om parallel daarmee te werken bij de National Telephone
Company en de Ediswan Electric Light Company , betrekkingen waarin hij
andere ervaringen opdeed .
De uitvinding van de diode. ---------------------------------- Fleming
vertelde hoe hij de diode had uitgevonden : "In 1882 , kwam ik als
raadgever van de Edison Electric Light Company te Londen , in
aanraking met de vele problemen die de toenmalige gloeilampen
opleverden , en ik begon de fysische verschijnselen die daarmee gepaard
gingen te bestuderen met al de middelen die in die tijd ter beschikking
stonden. Het viel mij op , dat de gloeidraden braken bij de geringste
schok , en dat het glas van uitgebrande lampen ,verkleurd was.Daarbij
viel mij op dat er telkens een lijn over het zwart uitgeslagen of met
een metaalfilm bedekt glas liep , die niet verkleurd was, net alsof
iemand er met een vingernagel inwendig zou op gekrast hebben . De niet
verkleurde figuur had de vorm van de speld-vormige gloeidraad,waarbij
opviel dat het niet gebroken gedeelte van de gloeidraad gewerkt had als
een scherm tegen het bombardement van het inwendige van het glas door
de koolstofmoleculen of door verdampt metaal van de gloeidraad. Ik
besloot daaruit dat de verkleuring van het glas ( die het
lichtrendement van de lamp verminderde) zou kunnen tegengaan worden
door op de plaats waar het glas het meest gebombardeerd werd , een
metalen plaat op te stellen tussen glas en gloeidraad .Deze plaat
bracht ik met een afzonderlijke verbinding naar buiten het glas van de
lamp en ik begon proeven uit te voeren door een potentiaalverschil toe
te passen tussen de (metalen) gloeidraad en de plaat.Ik stelde daarbij
tot mijn verbazing vast dat een milliamperemeter enkel een stroom
aanduidde , wanneer de negatieve klem van de gebruikte batterij aan de
gloeidraad lag en de positieve klem aan de plaat, maar niet omgekeerd.
Daaruit besloot ik dat het mogelijk moest zijn met deze "thermionic
valve" een wisselstroom gelijk te richten , een begrip dat in die tijd
nog niet bestond ." Hij schreef hierover een brief naar
Marconi,omdat hij sedert 1899 ook als raadgever in dienst was bij de
Marconi Company , zonder zijn professoraat aan de UCL ( University
College London) te moeten opgeven . Wanneer hij een wisselspanning
tussen gloeidraad en plaat toegepaste , duidde de amperemeter een
kontinue stroom aan,doordat er telkens slechts een halve golf ,(steeds
aan de zelfde zijde van de tijdsas=enkelvoudige of
één-alternans-gelijkrichting ) , van de aangelegde wisselspanning werd
doorgelaten. Het open-blijvend gedeelte in de tijd , kon hij opvullen
door een kondensator parallel te schakelen met zijn buis , die achteraf
de diode genoemd werd met een kathode (in het begin de gloeidraad ,
later een afzonderlijke cilinder rond de gloeidraad) en een anode , de
toegevoegde plaat . In het geval van een metalen filament of metalen
kathode , gaf deze een elektronen-stroom af , die aangetrokken werd
door de positieve plaat .Hij patenteerde zijn vondst op 16 november
1904 .
hier figuur "patent "
Het was in oktober 1904
dat Fleming ,zoals hij zelf zei , "een goede inval "had.Hij wist dat
meters en telefoons te traag waren om hoogfrekwente spanningen en
stromen te registreren en als gemiddelde waarde , nul aanduidden.
Denkend dat een gloeilamp met warme gloeidraad (die elektronen uitzendt
door verstoring van de molekulaire struktuur,vooral als de gloeidraad
of kathode,aangesloten wordt op de negatieve pool van een
batterij=teveel aan elektronen , en de plaat of anode aan de positieve
pool=tekort aan elektronen), stroom in slechts 1 richting en zin zou
doorlaten ,speculeerde hij er op dat dit ook wel zou gelden voor
hoogfrekwente stromen en hij vroeg aan zijn assistent G.B. Dyke , dit
idee uit te testen . Het werkte, en een maand later schreef Fleming
naar Marconi ( in wiens dienst hij toen als raadgever werkte) "ik heb
hoogfrekwente trillingen kunnen ontvangen op een antenne , met niets
meer dan een spiegelgalvanometer (die de gelijkgerichte hoogfrekwente
stroom aanduidde , met een zich verplaatsend lichtpunt op een
muur ,namelijk de punten en strepen , die hij met een kleine boogzender
,met morse-sleutel uitzond) en mijn gewijzigde gloeilamp ". Deze
vinding bracht hem financieel geen voordeel , want Marconi nam het
patent (Fleming patent 803684 van 13 november 1905) over en
vervaardigde enkele dioden.
Hier figuur 1905
Enkele
jaren later , produceerde H.H. Dunwoody van de Lee De Forest Wireless
Co ,in de V.S.A. ,de kristal detektor , een belangrijke rivaal voor de
Fleming/Marconi diode.Er werd van toen af ,onderzoekingswerk verricht
op de gelijkrichtende eigenschappen van kristal-strukturen zoals
carborundum,galena ( = lood-sulfide) en silicium , die superieure
detektoren bleken te zijn . De kristal-detektor was een zet van Lee De Forest tegen Marconis dominantie van het radio-gebeuren in die tijd.
Hier figuur "radio" met daarnaast figuur "1910"
Fleming
kreeg voor zijn uitvinding pas in 1921 de grootste onderscheiding , de
"Goud-Medaille", hem toegekend door de Royal Society of Arts , in
Londen .Dat dit zo laat gebeurde , is toe te schrijven aan het feit dat
de uitvinding van Fleming een gelijkenis vertoonde met een patent dat
reeds in 1883 door Edison was genomen voor een gloeilamp met metalen
plaat , die een gelijkenis vertoonde met die van Fleming , maar waar
een rechtbank in 1920 Fleming gelijk gaf op het gebied van de
oorspronkelijkheid van zijn uitvinding.Vroeger had hij reeds de Kelvin
Medaille gekregen,de Faraday Medaille van de Institution of Electrical
Engineers , en de Franklin Medaille van het Franklin Institute in
Philadelphia , USA. Hij ging slechts op 77-jarige leeftijd met pensioen
.In 1929 , twee jaar na zijn pensionering (hij ging in Devon wonen in
1926 in het rustig stadje Sidmouth, waar hij nog bijna 20 jaar
doorbracht in de kuststreek met een rustgevend zicht op water en zee )
werd hij tot ridder geslagen voor zijn bijdragen aan de elektriciteit
en de elektronika. Tijdens zijn pensionering hield hij van lange
wandelingen en fotograferen ,maar wist hij ook nog niet van ophouden en
hij werd president van de toen gestichte "Television Society", waar in
die tijd de eerste schreden werden gezet op het gebied van de
ontwikkeling van de televisie . Fleming werd 95 jaar oud , maar was
op het einde van zijn leven stokdoof ,een familietrek , waaronder ook
zijn zuster leed . Hij stierf op 18 april 1945 , dus op het einde van
de tweede wereldoorlog .Hij kreeg een memorial in de Saint Johns
-College kapel .Hij was tweemaal getrouwd , maar zonder
afstammelingen.Zijn eerste vrouw ,Clara Ripley , stierf in 1917 , maar
zijn tweede,Olive Franks ,met wie hij huwde op 84-jarige leeftijd,
overleefde hem.
Enkele beschouwingen over licht , door Ambrose Fleming. In
het midden van de 19e eeuw wist men dat licht een bron was van energie
, doordat men een stuk papier of sprokkelhout in brand kon steken ,
door daarop zonnestralen te concentreren met een convergerende
lens.Bovendien wisten Fresnel,Thomas Young , Brewster , Hamilton ,
Stokes , en later Kelvin ,dat licht een periodische trilling was , en
dat lichtstralen konden afgebogen en gebroken worden .Ze kenden ook het
begrip interferentie , dat ons leert ,dat twee lichtstralen die met een
gepast fazeverschil worden samengesteld (bv. in tegenfaze), elkaar
kunnen opheffen en duisternis produceren .Bovendien wisten ze dat licht
gepolariseerd is .Men nam aan dat licht een weerstand ondervindt
,wanneer het de ruimte , die voorgesteld werd als een
mechanisch-elastische materie , doorstraalt . Dit laatste bleek
onjuist te zijn , toen in 1865 het wetenschappelijk genie James Clerk
Maxwell ten tonele verscheen met geheel andere hypothesen . Maxwell
stelde , dat licht een "diëlectriciteits-koëfficient " had , met waarde
1 ( = er ) , een begrip , waar nog nooit iemand van gehoord had , en
dat deze ook bestond tussen de twee metalen platen van een kondensator
, met waarden ,verschillend van 1 , afhankelijk van de aard van de
isolatie tussen die platen .Hij stelde dat de aanwezigheid van dit
diëlectricum , een " verschuivingsstroom " veroorzaakte , wanneer men
een potentiaal-verschil tussen die platen toepaste .Die
verschuivingsstroom , die gepaard ging met elektrostatische
veldlijnen , bestond zelfs in het luchtledige, dus ook in de
hogere luchtlagen boven de aarde .Op dezelfde wijze als hij een
diëlectriciteitskonstante definieerde , bepaalde Maxwell ook de (
magnetische ) permeabiliteit , een andere konstante , niet meer in
verband met elektrische , maar met magnetische veldlijnen ,en ook
gelijk aan 1 ( = mr ) in het luchtledige . Maxwell bewees
wiskundig , dat licht bestaat uit twee loodrecht op elkaar
staande trillingen , die een "vlakke golf " vormen , die zich
volgens een vektor loodrecht op dat vlak , voortplant in de ruimte ,met
een snelheid gelijk aan 1/Öer. mr ( 1 , gedeeld
door de vierkantswortel uit het produkt epsilon r , maal mu r ) ,
waarin aan er en mr zodanige waarden werden
toegekend , dat deze berekening een lichtsnelheid van iets minder dan
300000 kilometers per sekonde opleverde . Hij was dus de eerste in de
wereldgeschiedenis , die draadloze golven beschreef , die zich in de
ruimte konden voortplanten , de basis , zoals later zou blijken , voor
alle radio - en televisie - zend- en ontvangst- technieken . In 1864
stuurde Maxwell deze beschouwingen naar de "Royal Society of Londen ",
getiteld "Dynamical Theory of the Electro-Magnetic Field ". Men moest
daarna nog 23 jaar wachten , tot Heinrich Hertz in Duitsland ,
experimenteel electromagnetische golven opwekte , met een lagere
frekwentie , dus een grotere golflengte dan het licht .Merken we
terloops op , dat al het pionierswerk , dat in die periode plaatsvond ,
steeds gebeurde op de zogenaamde korte golven of
meter-tot-centimeter-golven: door Hertz in 1888, door Morse in 1894 ,
door Marconi in 1896,door Braun in 1899 . In de tijd van Hertz ,
Kirchoff , Bunsen , Faraday , had men ook reeds vastgesteld dat
ultraviolet licht , licht is met een hogere frekwentie ,dus een
kleinere golflengte , dan violet licht , en dat het bepaalde gassen
ioniseert , waardoorheen het gestraald wordt . Dit ioniseren , bestaat
er in , dat elektronen losgeslagen worden uit de atomen . Men stelde
vast dat dit ook gebeurde ,wanneer lichtenergie viel op de in die tijd
juist ontdekte alkali - metalen ,cesium en rubidium , alsook op kalium
en zink .Dit vergde in het toen gangbaar cgs-stelsel een energie van 3
billi-ergs , dat is 3.10-12 ergs per sekonde .Dit foto -
elektrisch effekt zou weinige tijd later gebruikt worden voor de
vervaardiging van fotocellen , en nog later voor de fabricage van
televisie-opnamebuizen .Het feit , dat men sprak over de beïnvloeding
van atomen door licht , deed een tweede interpretatie van de
lichtstroom ontstaan , namelijk de "corpusculaire " versie , die licht
beschouwde als een stroom van kleine met energie geladen deeltjes , de
fotonen , ook "quanta" van energie genoemd , die insloegen op de
bestraalde materialen .Met verschillende afmetingen , kunnen de quanta
verschillende hoeveelheden energie bevatten . Zo bevatten de fotonen
van rood licht , minder energie dan de fotonen van violet en
ultraviolet licht , maar de rode fotonen zijn talrijker dan de
violette. Deze laatsten veroorzaken foto-elektriciteit , hetgeen de
rode fotonen niet kunnen , namelijk vrijmaking van elektronen uit
fotografische platen en films ( die in het licht van rode lampen
ontwikkeld en bekeken worden ! ). Ultra-violet licht vernietigt door
zijn sterke straling ook schadelijke bacterieën , een eigenschap
waarvan men gebruik maakt in de biologie . Er bestaat een betrekking tussen de energie E en de frekwentie f van het licht: E = f.h waarin h de konstante is van Planck met waarde 6,55.1027. Geel licht heeft een
frekwentie van 5. 1014 en een geel foton heeft een energie van
32,5/1013 of 3,25 billi-ergs ,zoals Fleming nog in het vroegere cgs -
stelsel berekende .Een violet foton bezit tweemaal zoveel energie
als een rood foton.De energie van een X-straal foton is 25000 maal
groter dan van een geel foton ,zodat de blootstelling van het menselijk
lichaam aan X_stralen , uiterst gevaarlijk is . Deze krachtige stralen
vernietigen de menselijke huid . Alle fotonen planten zich met
dezelfde (licht-)snelheid van 300000 km/sek. voort doorheen de ruimte
.Een foton heeft een zekere massa of gewicht,dat bekomen wordt door
zijn energie te delen door het kwadraat van de lichtsnelheid .Indien e
de foton-energie is ,uitgedrukt in ergs ,dan is e/9. 1020 de
massa in gram .Indien een geel foton een energie heeft van 3,25
billi-ergs ,dan is zijn massa in gram (3,25/1012).(1/9.1027)=
3,61/1033. Daaruit kan men berekenen hoeveel fotonen er voorkomen in 1
kubieke centimeter ruimte ,gevuld met helder geel licht. Overwegend dat
de energie van een geel foton 3,25/1012 erg is ,moeten er in 1 kubieke
centimeter ruimte , 14 miljoen fotonen voorkomen ,die zich in deze
ruimte voortbewegen met de lichtsnelheid.Omdat een lichtstraal een
elektromagnetische golf is met maksima en minima ,komen de meeste
fotonen voor op plaatsen waar de elektrische en magnetische veldsterkte
het grootst zijn .De golf zelf bevat weinig energie ,omdat deze in de
fotonen zit.In de nul-doorgangen van de golf zitten er geen fotonen en
geen elektrisch en magnetisch veld. Men kan een vergelijking maken
tussen het licht en fysische stoffen.Deze laatsten zijn opgebouwd uit
chemische atomen die bestaan uit een proton en er in banen
ronddraaiende electronen. In een waterstofatoom is het proton
1840 maal zwaarder dan het elektron. Onze zon verbrandt elke minuut 240
miljoen ton waterstof om licht en warmte te produceren ,en ze doet dat
reeds 3,5 miljard jaar lang .(Hoelang nog ?).Zoals reeds opgemerkt
wordt het zonlicht uitgestraald onder de vorm van kleine pakketten
energie , licht-quanta genoemd. Een tungsteen-atoom van het
tungsteen-metaal dat in elektrische gloeilampen gebruikt wordt ,is 184
maal zo zwaar als een waterstof-atoom en zijn gewicht is 338540 maal
dat van een waterstof-electron . Een foton van geel licht weegt slechts
1/300000-ste deel van een waterstof-electron.Bijgevolg heeft een
licht-foton bijna geen massa in vergelijking met waterstof en zeker
niet in vergelijking met tungsteen .Wanneer een atoom straling uitzendt
,gebeurt dit met een geheel aantal fotonen of quanta.Wanneer een atoom
straling opslorpt , neemt het daarentegen slechts 1 enkel foton op.
Wanneer de energie van het foton onvoldoende is om het atoom te
ionizeren,dan zal het atoom dat foton niet absorberen . ( ziedaar de overwegingen , gemaakt door Fleming , tijdens de eeuwwisseling 1800-1900).
Naschrift. Het
volgend artikel over pioniers,in dit tijdschrift , beschrijft de
prestaties van Lee De Forest , die de triode uitvond.Hierdoor
kwam een kettingreaktie op electronica- gebied op gang , onder
meer door de uitvinding van een reeks oscillatoren . In 1905
patenteerde De Forest zijn twee elektroden-buis .Hij noemde deze diode
, een "audion".Fleming vond dat zijn idee gestolen was en beschuldigde
De Forest van plagiaat,waarna een bitter gevecht volgde voor de
rechtbank. Fleming verloor het proces .In oktober 1906 voegde Lee De
Forest een derde elektrode toe aan zijn diode,waardoor de eerste triode
geboren was , die hij patenteerde in 1907 . Er waren drie batterijen op
aangesloten in plaats van één of twee (gloeidraad-batterij
en plaatkring-batterij , ofwel in plaats van deze laatste , een
wisselspanningsbron) , zoals bij Fleming het geval was.Hij noemde ze
nog steeds "audion", waardoor verwarring ontstond met zijn
audion-diode.
Hier figuur "Philips "
Tien jaar
later waren tal van schepen met een niet te kleine tonnemaat ,
uitgerust met radio zend-en ontvangstapparatuur.( de Marconi-Fleming
radio-ontvanger met buizen , waaronder speciaal ontworpen lampen , door
Fleming besteld bij de Edison fabriek,en door hem gepatenteerd op
25 januari 1908) Na 1918 werden in de lampen , thorium-gloeidraden
gebruikt, die , ofschoon ze op een lagere temperatuur verwarmd werden ,
een vijfmaal hoger rendement hadden dan wolfram-draden of met
ferro-alkalisch-metaaloxide , bedekte gloeidraden . In 1913 werden
de oscillatoren uitgevonden als opwekkers van ongedempte trillingen,en
wel op drie plaatsen tegelijkertijd : in Engeland door Franklin, in
Duitsland door Meissner , en in de V.S, door Armstrong.Kort daarna
zouden de modulatoren van deze trillingen het daglicht zien , onder
meer ook (FM) door Armstrong,waardoor het hele radio-gebeuren nog meer
op gang getrokken werd. In 1915 verschenen de superheterodyne en de enkele-zijband transmissie op het toneel .
Geraadpleegde werken :
1)On the nature of light , door Sir Ambrose Fleming , D.Sc. , F.R.S. , in Television , November 1931 en tweede deel idem in Television for december 1931. 2)John Ambrose Fleming: The Birth of Electronics, door W.A.Atherton,in Electronics World + Wireless World , Aug.1990 3)
J.A.Flemimg: "The Thermionic Valve and it s developments in
Radiotelegraphy and Telephony ",uit The Wireless Press Ltd.,1919 4) Department of Electronic & Electrical Engineering-University College London ,Torrington Place ,Londen. 5) De electronenbuis : tachtig jaar , uit Philips/MBLE publicatie ,1990 6) De vijftigste verjaardag van de uitvinding van de electronenbuis door Sir. Ambrose Fleming , uit de Radio Revue , 1960 . 7) On the nature of light , part I + Part II , door Sir.Ambrose Fleming, D.Sc. , F.R.S ., Electronics World + Wireless World , 1985 8) Internet : electronic concepts door Jerrold H. Krenz. 9) Internet :Science and Society Picture-Library (Science Museum) 10) Internet : Antentop , door John.S.Belrose 11) Internet : From coherer to DSP , door M.Lemme en R.Menicucci. 12) Fleming : uit EBU Technical Review ,spring 1995 , door Lemme & Menicucci .
( 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 .
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 .
