Leven en werk van Joseph Henry - ie

Denktank
Leven en werk van
Joseph Henry
Joseph Henry wordt beschouwd als
de voornaamste Amerikaanse natuurkundige van de 19de eeuw. Zijn brede
belangstelling ging uit naar elektriciteit, magnetisme en scheikunde. Hij
heeft belangrijke bijdragen geleverd
aan de elektriciteitstheorie. Na de
ontdekking van de zelfinductie volgden de bouw van een praktische,
goedwerkende elektrische telegraaf
en de bepaling van de trillende natuur
van bliksemschichten in het kader van
sterrenkundig opzoekingswerk. Henry
ontwierp ook een elektrische motor.
Henry (1797-1878) leverde belangrijke bijdragen voor de elektriciteitstheorie
Henry werd geboren op een kleine boerderij in Albany, 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 zich altijd verzet
tegen de aanpassing van hun Schotse
familienaam in Henry. Zijn vader was een
straatarme dagloner die stierf, toen Henry
nog jong was. Door de armoede van het
gezin was er van schoollopen geen sprake. Joseph moest werken op de boerderij.
Als dertienjarige moest hij in de leer bij
een uurwerkmaker en een zilversmid,
waar hij gedurende zeven jaar werkte. In
die tijd verbleef hij bij zijn grootmoeder in
Galway, 50 kilometer van Albany.
en schrijven en de avonduren besteedde
hij aan de lectuur van romans en boeken
over de populaire toepassingen van experimentele scheikunde, sterrenkunde,
weerkunde en filosofie.
Tijdens zijn zelfstudie las Henry ook een
boek over het leven van Ampère en over
een
rudimentaire
elektromagneet,
gebouwd in Europa. Daardoor gefascineerd, studeerde hij van 1819 tot 1822 aan
een private secundaire school. Als 22-jarige was hij veel ouder dan zijn klasgenoten. Tegelijk volgde hij ook avondlessen
over Engelse woordenschat, meetkunde
en mechanica.
Albany
Henry was sterk geïnteresseerd in theater. Hij schreef theaterstukken en speelde
daarin zelf een rol bij een groep theateramateurs, want hij wou zelf professioneel
acteur worden. Hij had zichzelf leren lezen
Van 1823 tot 1826 mocht hij als assistent
een professor in de natuurkunde en de
scheikunde aan de Albany-academie in
New York helpen bij het uitvoeren van
proeven in zijn natuurkundig laboratorium. Dat gaf hem de kans om zich verder te
vervolmaken in wetenschappen en wiskunde en hij volgde daarover alle mogelij-
I-mag
MEI 2006
Theater
42
ke cursussen aan die academie, waar hij
ook een tijdje mocht werken als bibliothecaris.
Door de armoede van het
gezin was er van schoollopen
geen sprake. Joseph moest
werken op de boerderij.
Hij mocht natuurkundige demonstraties
voorbereiden, alles daarvoor klaarzetten
in het laboratorium, de demonstraties
soms zelf uitvoeren en aan de studenten
daarover uitleg geven. Hij vond dat een
fantastische job. Zijn vroegere interesse
voor theater droeg door het vleugje dramatiek dat hij in zijn uiteenzettingen verwerkte bij tot zijn populariteit. In feite wou
hij voortstuderen voor geneesheer, maar
door geldgebrek moest hij korte tijd gaan
werken in de openbare diensten van New
York als wat men toen in Amerika 'een
ingenieur' noemde. In die hoedanigheid
werkte hij mee aan een project voor de
Denktank
Hij had zichzelf
leren lezen en
schrijven en de
avonduren besteedde hij aan de
lectuur van romans en boeken over
de populaire toepassingen van
experimentele scheikunde,
sterrenkunde, weerkunde en filosofie.
aanleg van een nieuwe weg tussen de
Hudson-rivier en het Erie-meer.
Oersted
In 1826 werd hem een baan aangeboden
als professor in de wetenschappen en in
de wiskunde aan de Albany-academie.
Men noemde die functie toen ook professor in de filosofie. Daar voerde Henry tussen 1826 en 1832 zijn proeven uit over elektromagnetische inductie, zonder dat hij op
de hoogte was van de experimentele ontdekkingen van Faraday. Hij begon met zijn
experimenten na een demonstratie over
Oersteds ontdekking van de invloed van
een elektrische stroom op de afwijking
van een magneetnaald. Oersted had de
magnetische uitwerking van elektrische
stromen waargenomen, maar hij had er
nooit een praktische toepassing mee
gemaakt.
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 en niet enkel de
magnetische kern te isoleren 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
hij een armatuur toe aan de
luchtspleet om de magnetische kring te sluiten. De
magneetspoel met meerdere lagen wikkelen bleek nog een verbetering. Bij een
andere proefneming wikkelde Henry twee
afzonderlijke spoelen op dezelfde magnetische kern. Zo had hij een eerste transformator ontworpen.
Port Henry
In Albany bouwde hij een grote elektromagnetische hoefijzermagneet, waarbij
acht spoelen, gewikkeld met elk 18 meter
MEI 2006
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. De
industriereus Penfield Iron Works vroeg
hem om voor hen elektrische magneten te
bouwen en te ontwerpen. Het bedrijf legde
in die tijd een haven aan voor goederentransport: 'Port Henry', zo genoemd als
eerbetoon aan de toen al befaamde Henry.
Uit die tijd stammen ook proeven, waarbij
hij elektrische energie omzette in mechanische met een zelf ontworpen elektrisch
motortje.
Van 1832 tot 1846 werd Henry aan de
Princeton universiteit aangesteld als professor in de 'natuurlijke filosofie', een
term voor professoren in de wetenschap
en vooral de fysica. Hij gaf les en publiceerde artikels over capillariteit, fosforescentie, de warmte van zonnevlekken, de
aurora, geologie, mineralogie, architectuur, geluid, ballistiek, sterrenkunde, elektriciteit en (aard)magnetisme.
Hier construeerde hij zijn grootste elektromagneet, die na bekrachtiging, een
gewicht van 1800 kilo kon opheffen, een
experiment dat hij zou herhalen aan de
Yale universiteit. Met dezelfde grote magneet toonde hij het verschijnsel van de elektromagnetische inductie aan
met twee spoelen en een
galvanometer.
Henry
noemde dat nieuwe verschijnsel zelfinductie. Het
deed zich voor, als de
stroom plots onderbroken
werd in een magnetische
spoelkring. Tussen de
klemmen van de secundaire wikkeling kon hij een
vonk laten overspringen:
het principe van de klos
van Rhumkorf. De proeven bezorgden
Henry internationale faam vanaf 1831,
maar uit bescheidenheid publiceerde hij
zijn bevindingen niet in een wetenschappelijke verhandeling. Door enkele resultaten van zijn opzoekingen niet bekend te
maken verloor hij de prioriteit over zijn
ontdekkingen. Ook patenteerde hij zijn
uitvindingen, die hij nog vóór Faraday
gedaan had, niet. Hij was niet uit op winst,
enkel op de vooruitgang van de wetenschap en op het plezier dat nieuwe ont-
43
I-mag
Denktank
Door de resultaten van zijn
opzoekingen te weinig te
publiceren verloor hij
de prioriteit over zijn
ontdekkingen.
dekkingen hem bezorgden. Zo komt het
dat een deel van zijn opzoekingswerk
wordt toegeschreven aan Michael
Faraday, die in Engeland gelijkaardige
research deed, zijn resultaten wel publiceerde en vanaf 1832 octrooieerde. Dat
gold ook voor het verschijnsel 'inductie'.
Mutual inductance
Henry breidde de proeven van Faraday uit
door te experimenteren met twee spoelen,
die elkaar beïnvloedden vanop een zekere
afstand van elkaar. Hij noemde het
'wederzijdse inductie', niet wetend dat
Faraday die term al gebruikt had in een
publicatie, waardoor die 'mutual inductance' toegeschreven wordt aan Faraday
en niet aan Henry. In 1838 publiceerde
Henry daarover dan toch een studie:
"Over de inductie van een secundaire
stroom op een afstand".
Hij had twee spoelen gebruikt met een
diameter van 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 het experiment bewees dat men ook op afstand een
elekromagnetische kracht kan induceren
in een secundaire. De proef werd uitgebreid door een waarnemer metingen te
laten verrichten aan de klemmen van de
secundaire spoel in een aanpalende
kamer. Het was een elementaire vorm van
een telecommunicatiesysteem, vijftig jaar
vóór de uitvinding van de draadloze straling en ontvangst van elektromagnetische
golven met de halve golf dipool van de
Duitser Heinrich Hertz.
Telegraaf
In Albany had Henry ook 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 hoefijzermagneet. Bij bekrachtiging draaide het anker
in een horizontaal vlak, zoals in één der
uitvoeringen van wat men nu een elektromagnetisch relais noemt, en raakte zo een
bel. In feite was het een der eerste goed
werkende elektrische bellen.
Met een latere uitvoering kon hij punten
en strepen trekken op een papierlint dat
afrollend voortbewoog: een eerste praktische telegraaf. In 1836 bouwde hij
een telegraaf, waarmee hij van de
campus van de Princeton universiteit informatie naar zijn huis zond en
omgekeerd. Samuel Morse, de uitvinder van het morsealfabet, die
Henry geraadpleegd had en zijn
wetenschappelijke publicaties gelezen had, voerde gelijkaardige proeven uit. Morse bouwde veel ingewikkelder telegraafmechanismen en
wordt internationaal erkend als de
ware uitvinder van de moderne telegraaf.
Smithsonian
In 1842 bestudeerde Henry de
invloed van bliksemschichtontladingen op de uitwijking van gemagnetiseerde stalen naalden. Hij ontdekte
dat bliksemschichten, zelfs op verre
afstand, de naalden verder magnetiseerden, soms met een tegengestelde polariteit. Dat deed hem besluiten dat een bliksemschichtontlading
een trillend verschijnsel is.
I-mag
44
MEI 2006
In 1846 aanvaardde Henry de betrekking
van eerste secretaris van het pas opgerichte Smithsonian Instituut, in feite een
directeurspost die hij tot aan zijn dood in
1878 bekleedde. Hij begon er metereologische veranderingen, weersvoorspellingen
dus, door het hele land te verspreiden via
de telegraaf. Dat leidde in 1891 tot de
oprichting van het US Weather Bureau.
Een brand in 1865 in het Smithsonian
Instituut vernielde Henrys vroegere studies. In 1867 werd hij president van de
Nationale Academie voor Wetenschappen
en van de Amerikaanse Associatie voor
de vooruitgang van de wetenschappen.
Henry stierf in 1878. In 1893 legde het
Internationaal
Congres
der
Elektrotechnici als eerbetoon de 'henry'
vast als internationale eenheid voor magnetische inductie.
ir. Ing. Willy ACKE
Referenties:
• Founding fathers of the electrical science:
Joseph Henry, door Bern
Dibner, in
Proceedings of the I.R.E.E of Australia,
november 1968.
• The Joseph Henry papers project,
Smithsonian Institutional History Division,
internet.
• Joseph Henry, internet (geen auteur vermeld).
• Henry, internet (geen auteur vermeld).
• Adventures in cybersound: Henry, Joseph,
internet - geen auteur vermeld.
• Pioneers: Joseph Henry, door Tony
Atherton, in: Electronics and Wireless
World, september 1989.