De Gids. Jaargang 95

[p. 331]

Bij het jubileum der electromagnetische inductie
1831-1931

II

Om de ontdekking der inductieverschijnselen, die Faraday in 1831 deed, naar waarde te kunnen schatten, is het noodzakelijk, dat we ons eenigszins verplaatsen in den toestand, waarin de leer van magnetisme en electriciteit in de eerste jaren van zijn wetenschappelijke loopbaan verkeerde. Om dat doel te bereiken, schetsen we, natuurlijk slechts in zeer groote trekken, de wijze, waarop zich de kennis van de magnetische en electrische verschijnselen in het eind van de 18e en het begin van de 19e eeuw heeft ontwikkeld.

Wat voor de achttiende eeuw tot dicht bij haar einde de geheele electriciteitsleer uitmaakt, is voor onzen tijd slechts een van haar hoofdstukken, de electrostatica. Wanneer we haar inhoud samenvatten, als omstreeks drie vierde deelen van de eeuw verstreken zijn, vinden we aanwezig de kennis van de verschijnselen der electrische aantrekking en afstooting en de onderscheiding van stoffen, die de electriciteit wel en andere, die haar niet geleiden; men heeft ontdekt, dat beide soorten electriseerbaar zijn en als bekroning van dit inzicht is men er in geslaagd, zelfs aan het menschelijk lichaam vonken te onttrekken, een zeer opzienbarend verschijnsel, dat tot uitvoerige proefnemingen ook buiten de kringen der physici aanleiding gaf; men is er verder toe gekomen, twee soorten electriciteit, de glasachtige en de harsachtige, te onderscheiden, opgevat hetzij als twee verschillende fluida, hetzij als een teveel en een tekort van een enkele fluide substantie; de electriseermachines zijn verbeterd en worden op steeds grootere schaal gemaakt; in den condensator, het eerst ontdekt in 1745 door von Kleist en een jaar later opnieuw ge-

[p. 332]

vonden door Musschenbroek en Cuneus te Leiden (waaraan hij zijn bekendsten naam ontleende) is het middel gevonden, groote hoeveelheden electriciteit in klein bestek op te hoopen; men heeft ontladingsverschijnselen tusschen geleiders met een voldoend verschil in den graad van electrificatie (potentiaal) waargenomen en naar hun aard met den bliksem geïdentificeerd, wat weer aanleiding heeft gegeven tot de uitvinding van den bliksemafleider door Franklin. Tenslotte heeft Coulomb in een reeks van subtiele metingen de wet vastgesteld, die de krachten van electrisch geladen kleine lichamen op elkander quantitatief bepaalt en haar reeds vroeger uitgesproken geldigheid voor magneetpolen bevestigd.

Voor de aldus vrijwel afgesloten wetenschap der electriciteit werden nu vanaf 1780 nieuwe en onvermoede banen geopend door de ontdekkingen van Galvani en Volta. Naast de uiterst kortstondige electriciteitsbewegingen, die bij de ontlading van een Leidsche flesch optreden, leerde men de stationnaire electrische stroomen kennen, die voorloopig nog als galvanische of voltaische verschijnselen van de gewone electriciteit der conductoren en condensatoren werden onderscheiden en met de nieuwe eeuw der jaartelling begon een nieuwe aera voor de natuurwetenschappen, toen Volta in een brief, dien hij op 20 Maart 1800 aan den president der Royal Society te Londen richtte, den bouw en de eigenschappen van zijn ‘organe électrique artificiel’, later bekend als zuil van Volta, beschreef. De Engelsche physici zijn onmiddellijk begonnen van dit machtig hulpmiddel partij te trekken: zes weken na de dateering van den brief van Volta ontleedden Nicholson en Carlisle reeds water door den stroom van een door hen geconstrueerde zuil, zoodoende den grondslag leggende voor de nieuwe wetenschap der electrochemie, aan welker verdere ontwikkeling vooral de naam van Davy verbonden is. Het was gebleken, dat eerst de galvanische stroom in staat was, de macht der electriciteit ten volle te openbaren; overal richtte zich het physische onderzoek voor een belangrijk deel op de opwekkingswijzen en de eigenschappen van stroomende electriciteit.

Een van de onderwerpen, die daarbij vooral de ontdekkingslust prikkelden, was de vraag naar een mogelijken samenhang

[p. 333]

van electrische en magnetische verschijnselen, waarvan men het bestaan nog sterker dan vroeger was gaan vermoeden, sedert Coulomb de analogie van electrostatische en magnetische aantrekkingen en afstootingen ook quantitatief had aangetoond. Het eerste succes in deze richting, in 1819 door den Deen Oersted behaald, bestond in de ervaring, dat een magneetnaald, die, draaibaar om een verticale as, onder invloed van het aardmagnetisme in evenwicht is, afwijkt uit den magnetischen meridiaan, wanneer men een electrischen stroom laat gaan door een draad, die evenwijdig aan de as van de naald is opgesteld. Het was een ontdekking van onoverzienbare waarde, die voor de physica ruime velden van onderzoek en toepassing heeft geopend; haar eerste en meest onmiddellijke uitwerking echter heeft bestaan in een sterke verruiming van het inzicht in de mogelijkheden der natuur: niet het feit, dat een stroom een kracht op een magneetpool uitoefende, was het verwonderlijke, maar dat die kracht transversaal was, d.w.z. dat ze de magneetpool deed uitwijken in een richting, loodrecht op het vlak van stroom en pool. De voorstelling van krachten, gericht langs de verbindingslijn van twee elkander beïnvloedende stoffelijke punten, zooals ze, door één wet bepaald, in de verschijnselen van de gravitatie, de electrostatica en het magnetisme optreden, beheerschte zoozeer het mechanische denken, dat men zich eerst nog alle mogelijke moeite heeft gegeven, ook het electromagnetische effect tot aantrekking en afstooting terug te brengen. Slechts enkelen, waaronder Oersted zelf, zagen het wervel-karakter der nieuwe krachtwerking in.

Binnen enkele weken na de publicatie (in Juli 1820) van de verhandeling, waarin Oersted het door hem gevonden verschijnsel beschreef, volgde reeds de tweede beroemde ontdekking op het gebied van de dynamica der electrische stroomen: Ampère toonde aan, dat twee parallelle geleidraden, waardoor electrische stroomen loopen, elkaar aantrekken bij gelijken, afstooten bij tegengestelden stroomzin en dat de draden, indien ze kruisend zijn, zich zoo trachten te plaatsen, dat ze evenwijdig worden met gelijken stroomzin; hij bewees de overeenstemming tusschen een magneet en een electrisch doorstroomde solenoide en hij stelde de bekende

[p. 334]

theorie op, die alle magnetisme beschouwt als voortgebracht door kringvormige electrische stroomen in vlakken loodrecht op de magnetische as. In aansluiting hieraan konden Arago en Davy stalen naalden magnetiseeren door ze te plaatsen binnen een draadklos, die door een stroom van Volta-electriciteit of door de ontlading van een Leidsche flesch doorloopen werd, of in de nabijheid van een rechten doorstroomden geleider in vlakken, loodrecht op zijn richting; en in 1825 construeerde Sturgeon de eerste practisch bruikbare electromagneet, door een weekijzeren kern schroefvormig te omwikkelen met koperdraad, waardoor men een Volta-stroom kon laten gaan.

Men kan zich gemakkelijk voorstellen, met hoeveel belangstelling een zoo natuurwetenschappelijk begaafde geest als Faraday vanaf den tijd, dat hij als jongen toestelletjes in elkaar begon te knutselen, in al deze ontdekkingen heeft meegeleefd. In zijn leertijd bij Riebau maakte hij zelf zijn eerste zuil van Volta uit zeven half-penny-stukken, zeven even groote schijfjes zink en zes schijfjes papier, die in een keukenzoutoplossing gedrenkt waren; als assistent van Davy ontwikkelde hij zich spoedig tot een bekwaam electrochemicus. Maar vanaf het oogenblik, dat Davy in 1820 met Oersted's verhandeling in het laboratorium kwam en zij samen het merkwaardige phaenomeen zich lieten herhalen, trokken hem het allermeest de electromagnetische en electrodynamische verschijnselen aan.

Hij stelde zich voor alles de vraag, of het niet mogelijk zou zijn, het verworven inzicht, dat het electrisch conflict in den sluitdraad van de zuil van Volta wervels om den draad vormt (zoo formuleert Oersted, wat men later zou uitdrukken door van de cirkelvormige magnetische krachtlijnen te spreken, die een langen doorstroomden geleider in vlakken, die hij loodrecht snijdt, omgeven) zoo te benutten, dat men een magneetpool zou kunnen laten wentelen om een draad, waardoor een stroom loopt en omgekeerd dien draad om een vaststaanden magneet. In 1821 slaagde hij erin, beide denkbeelden te verwezenlijken; het waren de proeven, die zijn naam voor het eerst in breedere kringen bekend maakten en die tevens aanleiding gaven tot zijn prioriteitsconflict met

[p. 335]

Wollaston, die na vergeefsche pogingen, een electrisch doorstroomden draad onder invloed van een magneet om zijn eigen lengteas te laten wentelen, in Faraday's werk zijn denkbeelden gebruikt meende te zien.

De ontdekking der electromagnetische rotatieverschijnselen was belangrijk en knap experimenteel werk, maar ze bracht, na Oersted en Ampère, niet iets essentiëel nieuws. Daarop echter was reeds in dien tijd Faraday's streven gericht; wat hij in 1831 zou bereiken, vervulde hem reeds tien jaar vroeger en het blijkt, dat hij er in den tusschentijd steeds weer, tusschen ander werk door, zijn gedachten over heeft laten gaan. Hij liet zich daarbij leiden door twee overwegingen, die aan zijn ontdekkingswerk telkens weer richting hebben gegeven en die men kort zou kunnen aanduiden als het reciprociteitsen het analogiebeginsel. Het eerste, dat hem de electromagnetische rotaties ook dadelijk in dubbelen zin (stroom om pool, pool om stroom) had laten opvatten, voerde in dit concrete geval tot de vraag, of het, nu het vaststond, dat men magnetisme uit electriciteit kon verkrijgen, niet mogelijk zou zijn, omgekeerd electriciteit op te wekken met behulp van magnetisme. Het tweede gaf aanleiding tot het vermoeden dat, zooals een electrische lading in een naburigen ongeladen geleider ladingsverschijnselen in het leven roept en een magneet in staat is, een stuk week ijzer in zijn nabijheid tijdelijk magnetisch te maken, ook een electrische stroom de eigenschap zou moeten bezitten, in een naburige keten van geleiders, waarin geen stroomgever is opgenomen, door inductie een stroom op te wekken.

Het kan den schijn hebben, alsof deze twee denkbeelden onafhankelijk van elkaar zouden kunnen worden opgevat en vervolgd. In werkelijkheid heeft Faraday ze van den aanvang af beschouwd in het enge verband, waarin ten slotte de magnetische eigenschappen van een electrischen stroom en zijn vermogen in een naburigen geleider een stroom te induceeren, met elkaar zouden blijken te staan, al dacht hij zich dit verband dan ook eerst heel anders dan het in waarheid is. Het begrip inductie uitbreidend tot iedere beïnvloeding van den toestand van een lichaam door een naburig lichaam, beschouwt hij de magnetische werking van een electrischen

[p. 336]

stroom als een inductieverschijnsel en hij verwacht nu, dat in een geleider, binnen de spheer dier werking geplaatst, door het magnetisme van den eersten stroom een nieuwe stroom zal worden geïnduceerd^1).. Men ziet, hoe innig hier reciprociteits- en analogiebeschouwingen dooreengeweven zijn en bovendien, hoe Faraday als consequentie van het vermoeden, dat electrische stroomen in naburige geleiders stroomen zullen kunnen induceeren, ook durft verwachten, dat hij electriciteit zal kunnen opwekken met behulp van gewone magneten, die immers een zelfde magnetisch veld om zich heen hebben als een doorstroomde solenoide.

Van alles, wat Faraday - onvermoeid zoeker, die geen vermoeden onbeproefd liet - zal hebben geprobeerd, om de geschetste denkbeelden in daden om te zetten, bezitten we natuurlijk slechts zeer sporadische berichten. ‘Convert magnetism into electricity’, luidt een aanteekening in zijn Chemical Notes.... van 1823^2). en men kan er zeker van zijn, dat hij toen reeds met proefnemingen bezig is geweest. Een duidelijke mededeeling hierover dateert echter eerst van 28 December 1824^3).. In zijn dagboek beschrijft hij op dien datum een proef, waarbij onderzocht werd, of de nadering van een sterke magneetpool tot een doorstroomden draad den stroom hierin ook beïnvloedde. Hij liet daartoe een deel van den stroomkring uit een draadklos bestaan, waarin meer of minder diep een magneet kon worden gestoken, terwijl elders in de keten een galvanometer was opgenomen. De verwachting was, dat deze galvanometer een vermindering van stroomsterkte zou aanwijzen, wanneer de magneet in den klos was gebracht. De proef werd op allerlei wijzen herhaald, met lange en korte, dikke en dunne draden, met zwakke en sterke polen, maar er was nooit eenig effect op de naald van den galvanometer te bespeuren. De conclusie, die Faraday trok, was deze, dat, hoe sterk ook de werking van een electrischen stroom op een magneet is, de laatste niet de neiging heeft om, bij wijze van reactie, de sterkte van den stroom te vermeerderen of te

1). Experimental Researches in Electricity. 3 vol. London (Taylor), 1839, 1844, 1855. (te citeeren als E.R.) I, 2.

2). Chemical Notes, Hints, Suggestions and Objects of Pursuit. B.J. I, 361.

3). B.J. I, 382. E.R. II, 162.

[p. 337]

verminderen, een negatief resultaat, dat hij echter belangrijk genoeg achtte, om het te publiceeren.

In November 1825^1). vinden we hem bezig met proeven over de induceerende werking van een electrischen stroom: twee koperdraden van ongeveer vier voet lengte werden parallel opgesteld met slechts twee papierdikten tusschenruimte; door den eenen draad kon de stroom van een galvanische batterij worden geleid; in den anderen was een galvanometer opgenomen. Er werd nu nagegaan, of de galvanometer een uitslag vertoonde, wanneer de stroom van de batterij gesloten was. Het experiment werd verschillende malen herhaald, maar er was nooit eenige invloed op de naald te bespeuren.

Uit April 1828 en uit Mei 1831 worden nog andere pogingen op ditzelfde gebied vermeld^2)., die even weinig succes hadden. Intusschen strekten de onderzoekingen, die hij, naast zijn dagelijksch werk in laboratorium en collegezaal uitvoerde, zich uit over de meest uiteenloopende gebieden van physica en chemie. Maar op den achtergrond van zijn denken bleef steeds het probleem van de inductie werkzaam. Men vertelt^3)., dat hij in dien tijd een klein model van een solenoide met weekijzeren kern in zijn vestzak ronddroeg, dat hij in vrije oogenblikken in de hand nam en beschouwde. Een stroom door den draad maakte de kern magnetisch; zou niet omgekeerd bij magnetiseering van de kern een stroom in den draad moeten ontstaan?

Eindelijk, op den 29en Augustus 1831, kwam de belooning van het jarenlange zoeken en peinzen. Dien dag omwikkelde hij de eene helft A van een weekijzeren ring met drie klossen geïsoleerde koperdraad van 24 voet elk, de andere helft B met twee klossen van 30 voet, die, in serie geschakeld, tot een keten konden worden gesloten door een langen koperdraad, die dicht boven een draaibaar opgestelde magneetnaald op drie voet afstand van den ring gebracht werd. Door een van de klossen van A werd nu de stroom van een galvanische batterij geleid. Zou de magneetnaald een uitwijking vertoonen en dus het bestaan van een stroom in de klossen om B ont-

1). B.J. I, 383. A. 159.

2). A. 160.

3). Th. 82.

[p. 338]

hullen? En ziehier nu het historische moment van de ontdekking der electromagnetische inductie: zoolang de stroom door den klos om A liep, vertoonde de galvanometer niet den minsten uitslag, maar op de oogenblikken, dat de stroom werd gesloten of verbroken, week de naald plotseling uit, om daarna trillend weer tot rust te komen. Farady beschrijft het verschijnsel in zijn dagboek aldus:^1).

Made the coil on B side one coil and connected its extremities by a copper wire passing to a distance and just over a magnetic needle (3 feet from iron ring) then connected the ends of one of the pieces on A side with battery. Immediately a sensible effect on needle. It oscillated and settled at last in original position. On breaking connection of A side with battery again a disturbance of the needle.
Made all the wires on A side one coil and sent current from battery through the whole. Effect on needle much stronger than before.

Dat wil dus zeggen, dat de lang gezochte invloed, dien de stroom in een keten door bemiddeling van zijn magnetisch veld op een naburige keten zou uitoefenen, inderdaad bestond, maar alleen in de kleine tijden, onmiddellijk na het sluiten en het verbreken van het contact, niet gedurende den willekeurig langen tijd, waarin de stroom stationnair was. In Faraday's eigen woorden^2).:

it continued for an instant only and partook more of the nature of the electrical wave passed through from the shock of a common Leyden jar than of the current of a voltaic battery.

Het was nu natuurlijk ook duidelijk, waarom de vroegere proeven nooit eenig resultaat hadden opgeleverd: er was steeds gezocht naar een stationnair verschijnsel, naar een blijvenden inductiestroom, en de werkelijke inductieverschijnselen, die bij de proeven ook hebben moeten optreden, zijn òf tengevolge van de onvoldoende gevoeligheid der opstelling onwaarneembaar geweest òf ze zijn door hun kortstondigheid aan de aandacht ontsnapt. Den 29en Augustus moet door het gebruik van een weekijzeren ring het effect veel duidelijker zijn geweest; toch is het niet alleen de veranderde opstelling van de proef, die als de groote verdienste moet worden beschouwd, die Faraday zich dien dag voor de ontwikkeling der physica verwierf; die verdienste schuilt ook hierin, dat

1). A. 161 seq. met fasimile.

2). E.R. I, 4.

[p. 339]

hij het verschijnsel opmerkte, terwijl zijn verwachting zoo gespannen gericht was op iets heel anders (een uiting van zijn vermogen tot lateral vision¹⁾, van zijn open oog voor schijnbaar onbelangrijke bijomstandigheden) en dat hij met zijn ongewoon ontwikkeld physisch instinct (Er riecht die Wahrheit, placht Kohlrausch van hem te zeggen) onmiddellijk het groote belang gevoeld heeft, dat aan zijn ontdekking verbonden was.

Want laten we vooral niet vergeten, dat het nieuw ontdekte verschijnsel voor een minder scherpzienden geest toch eigenlijk hoogst onbeduidend moest lijken: tweemaal bij begin en eind van een proef schommelt een magneetnaald heen en weer; men stelle zich dit verschijnsel voor en trachte daarbij al de gevolgen weg te denken, die in een eeuw van intens natuurwetenschappelijk werk daaruit zijn voortgevloeid, d.w.z. de geheele stroomopwekking der moderne electrotechniek en mèt alle inductieklossen alle ontladingsverschijnselen in verdunde gassen. Wanneer men daarin slaagt, zal men zich misschien kunnen voorstellen, dat Faraday, een van zijn proeven demonstreerend, de vraag moest hooren, wat voor waarde er nu eigenlijk aan zulk een verschijnsel te hechten was. Maar hij had een vaste manier, om op zulke vragen te reageeren. Hij citeerde Franklin's wedervraag: What is the use of an infant? en trok dan zijn eigen conclusie: Endeavour to make it useful!²⁾

Intusschen blijft het, zooals de ervaring leert, voor menigen hedendaagschen physicus moeilijk, een ontdekking als die van 29 Augustus 1831 op haar volle waarde te schatten. Het betreft een experiment, dat in onzen tijd tot de beginselen der electriciteitsleer behoort en dat jaarlijks op alle middelbare scholen zonder eenig bezwaar als iets bijna vanzelfsprekends in de natuurkundelessen wordt gedemonstreerd. Was er een genie als Faraday voor noodig, om het uit te vinden?

Men kan deze vraag niet anders dan bevestigend beantwoorden: het doen van zulke vondsten als die der electromagnetische inductie stempelt iemand tot een groot physicus. De wetenschapsgeschiedenis leert telkens weer, dat het door-

1) T. 25.

2) G. 156.

[p. 340]

dringen in de volkomen duisternis van de onbekende natuurverschijnselen een vernuft en een geestesinspanning vereischt, waarvan latere generaties, die in het licht, dat de pioniers ontstaken, de wegen, die zij baanden, bewandelen, zich niet zonder speciaal overleg een voorstelling kunnen vormen. Om dat overleg te bevorderen, hebben we boven reeds eenigen indruk trachten te geven van het zoeken en tasten, dat Faraday ten slotte tot zijn vondst heeft geleid; als verdere bijdrage daartoe moge hier nog de aandacht worden gevestigd op het merkwaardige feit, dat niemand minder dan Ampère, een geleerde toch van gelijken rang als Faraday zelf, negen jaar vóór hem reeds een verschijnsel heeft waargenomen, dat men met vrij groote zekerheid aan inductie kan toeschrijven, zonder dat hij zich echter bewust is geweest van de beteekenis van wat hij zag en zonder dat hij pogingen heeft gedaan, het verder te onderzoeken^1).. Het is slechts taalarmoede, wanneer men deze wijze van opmerken van een natuurverschijnsel met hetzelfde woord moet aanduiden als wat zich in Faraday's geest afspiegelde, toen hij zijn magneetnaald zag schommelen.

De eerste vraag, die bij voortzetting van de experimenten tot oplossing werd gebracht, was nu deze, of al de op 29 Augustus benutte agentia inderdaad noodig zijn, om het inductieverschijnsel tot stand te brengen, in het bijzonder of het ook ontstaat, wanneer men de ijzeren kern weglaat en wanneer men in plaats van een electrischen stroom een permanenten magneet gebruikt. Op den derden dag van het door andere werkzaamheden blijkbaar telkens onderbroken onderzoek, den 24 Sept. 1831, trachtte Faraday^2). eerst een inductiestroom in een draad op te wekken met behulp van een primairen draadklos zonder weekijzeren kern; hierbij werd echter geen resultaat waargenomen; wel had hij succes met het tweede denkbeeld: twee staafmagneten werden met ongelijknamige polen tegen elkaar geplaatst; daarna werden de vrije polen elk aan een zijde tegen de uiteinden van een weekijzeren kern gebracht, die in een solenoide lag; op de oogenblikken, waarop het magnetisch contact werd gemaakt of verbroken, sloeg

1). Collection de Mémoires relatifs à la Physique. Paris (Gauthier Villars) 1885. II, 329.

2). B.J. II, 3 seq.

[p. 341]

de galvanometer, die met de uiteinden van de solenoide verbonden was, even uit. ‘Hence here distinct conversion of magnetism into electricity.’

Den 1en October gelukte nu ook de opwekking van inductiestroomen zonder gebruik van week ijzer^1).: de klossen waren nu om een houten cylinder gewonden; weer bleek in den eenen klos een kortstondige stroom te loopen, wanneer de stroom, die door een galvanische batterij in den anderen klos kon worden opgewekt, werd gesloten of verbroken. Faraday onderscheidde dit verschijnsel aanvankelijk als Volta-electrische inductie van het veel sterkere der magneto-electrische, dat in zijn zuiveren vorm optreedt, wanneer men in het geheel geen induceerenden stroom gebruikt, maar waartoe hij ook reeds het op 29 Augustus waargenomen verschijnsel rekende.

Den 17en October^2). werd aangetoond, dat de opwekking van een magneto-electrischen inductie-stroom niet alleen plaats had, wanneer, zooals bij de vroegere experimenten, door een electrischen stroom of een induceerenden magneet een magneet in situ werd gevormd, maar even goed, wanneer een bestaande magneet in een draadklos werd gestoken of daaruit werd verwijderd.

Zoo waren in vijf dagen de fundamenteele inductieverschijnselen voor een groot deel aan het licht gebracht; in vijf verdere dagen van nauwkeurig experimenteel werk, waarin alle mogelijkheden nog eens werden onderzocht, tal van toepassingen werden beproefd en bovendien de vraag onder oogen werd gezien, met welk recht het nieuw ontdekte agens eigenlijk als electriciteit kon worden beschouwd, liep het onderzoek ten einde en den 24en November 1831 kon Faraday aan de Royal Society de beroemde verhandeling voorleggen, die men thans als First Series in zijn groote werk Experimental Researches in Electricity kan aantreffen en die steeds een van de klassieke documenten van de geschiedenis der physica zal blijven vormen.

In deze verhandeling, die we aan de volgende uiteenzettingen ten grondslag zullen leggen, wordt de geheele ontdekking

1). B.J. II, 4.

2). B.J. II, 5.

[p. 342]

nog eens in groote uitvoerigheid uiteengezet, echter menigmaal in een andere volgorde dan waarin het onderzoek blijkens de Note-Books werkelijk is verloopen. Hij beschrijft ter inleiding de mislukte pogingen, om permanente inductie-stroomen waar te nemen en behandelt dan eerst de Volta-electrische verschijnselen, zoowel de boven reeds vermelde, waarbij draadklossen om een houten of kartonnen cylinder waren gewikkeld, als andere, waarbij een zigzagvormige stroomgeleidende draad bewogen werd ten opzichte van een soortgelijken met een galvanometer verbonden geleider. Het is een gelukkige omstandigheid geweest, dat hij op 29 Augustus niet zoo te werk is gegaan, maar de klossen om een weekijzeren ring heeft gewikkeld; het verschijnsel zou anders niet of nauwelijks waarneembaar zijn geweest. Dat hij toen zoo handelde, had echter zijn goede gronden: het oorspronkelijke vermoeden, dat de inductie zou plaats hebben door bemiddeling van de magnetische werking van een stroom, moest er toe leiden, voor versterking van die werking zorg te dragen en dus een draadklos met weekijzeren kern te gebruiken.

Na de behandeling van de Volta-electrische en magnetoelectrische inductie gaat Faraday in zijn verhandeling in op theoretische beschouwingen ter verklaring van deze verschijnselen¹⁾; de theorie, die hij hier opstelt, heeft hij zelf al spoedig verlaten en zij heeft voor de physica geen ander dan historisch belang. Het blijft echter de moeite waard, haar te leeren kennen, omdat ze in merkwaardige vermenging zoowel de grondslagen van de later aanvaarde opvatting bevat als de overblijfselen van de onjuiste voorstellingen, die tot de ontdekking hebben geleid.

Faraday begint zijn uiteenzetting met de volgende woorden:

Whilst the wire is subject to either volta-electric or magneto-electric induction, it appears to be in a peculiar state; for it resists the formation of an electrical current in it, whereas, if in its common condition, such a current would be produced; and when left uninfluenced it has the power of originating a current, a power which the wire does not possess under common circumstances. This electrical condition of matter has not hitherto been recognised, but it probably exerts a very important influence in many if not most of the phenomena produced by currents of electricity. For reasons which will immediately appear, I have, after advising with several learned friends, ventured to designate it as the electro-tonic state.

1) E.R.I. 16 seq.

[p. 343]

Men vindt hierin inderdaad den duidelijken neerslag van het oorspronkelijke denkbeeld, dat een stationnaire stroom of een rustende magneet een als inductie betitelden invloed uitoefenen op gesloten draadkringen en dat men dus een voortdurenden geïnduceerden stroom in deze mag verwachten. Dat deze niet optreedt, wordt aan een bijzonderen toestand van den geïnduceerden geleider geweten, dien deze onder invloed van den induceerenden stroom of den induceerenden magneet gaat aannemen en die dan de electrotonische toestand genoemd wordt.

De electrotonische toestand, die den inductiestroom, die er, naar Faraday's verwachting eigenlijk zou moeten zijn, belet te ontstaan, is dus zelf een inductieverschijnsel. Het vooropgezette denkbeeld (dat onjuist bleek) beïnvloedt hem bij de opstelling van de hypothese zoozeer, dat hij ter verklaring van het uitblijven van het verwachte verschijnsel de coëxistentie aanneemt van dat verschijnsel zelf en een uit dezelfde bron voortvloeiende oorzaak, die het tot stand komen daarvan belet. Slechts in de kortstondige tijden, waarin de electrotonische toestand bezig is te ontstaan of te verdwijnen, is het eigenlijk permanent bestaande inductieverschijnsel waarneembaar.

Hij tracht nu, zonder eenig resultaat, de positieve kenmerken van den electrotonischen toestand te vinden: koperen en zilveren schijven, in vacuo gemakkelijk bewegelijk opgehangen in een torsiebalans in de nabijheid van een sterken magneet, die ze electrotonisch maakt, vertoonen geenerlei verschijnselen van aantrekking of afstooting; het geleidingsvermogen van koperen draden voor galvanische stroomen blijkt door den electrotonischen toestand niet in het minst te worden beïnvloed; ook kan geenerlei reactie van dien toestand op de stroomsterkte van den induceerenden stroom worden waargenomen.

In alle gevallen blijkt dus niet de electrotonische toestand zelf waarneembaar te zijn, maar slechts de veranderingen in zijn intensiteit: het ontstaan bij sluiting van den induceerenden stroom, het verdwijnen bij verbreking daarvan, de toe- of afname bij verplaatsing. En nu zal het voor den modernen lezer duidelijk zijn, in welke betrekking de hypothese van Faraday tot de latere theorie der electro-magnetische inductie

[p. 344]

staat: wanneer men haar losmaakt van de denkbeelden, die tot haar ontstaan hebben gevoerd en den electrotonischen toestand van een geleider identificeert met het omvatten door dien geleider van een magnetischen krachtstroom, dan verkrijgt men de grondstelling der theorie, volgens welke in een gesloten kring van geleiders een inductiestroom loopt, zoolang het aantal der door dien kring omvatte magnetische krachtlijnen bezig is te veranderen.

De vruchtbaarheid, die de electrotonische hypothese ondanks haar afkomst uit onjuiste overwegingen voor Faraday heeft bezeten, blijkt o.a. uit het, naar het lijkt, nog niet voldoend opgemerkte feit, dat zij hem aanleiding heeft gegeven tot de voorspelling van een nieuw natuurverschijnsel, dat later inderdaad verwezenlijkt is. Hij merkt namelijk op¹⁾, dat wanneer de stroom in een gesloten keten naburige geleiders electrotonisch kan maken, hij dien toestand ook in zijn eigen kring teweeg moet brengen en dat dus het verbreken van den stroom aanleiding tot een inductiewerking moet geven. Hij voorspelt hier dus het voor de moderne electriciteitsleer zoo bij uitstek belangrijke verschijnsel der zelfinductie, weinig vermoedend, dat dit reeds een jaar geleden door Henry in Amerika was ontdekt. Zelf is hij er eerst in 1834 onafhankelijk van Henry in geslaagd, het phaenomeen tot stand te brengen. In 1831 zijn zijn pogingen daartoe mislukt, terwijl ook zijn denkbeelden over het te verwachten effect nog niet geheel helder zijn.

In het vierde deel van zijn verhandeling²⁾ past Faraday de nieuwe inzichten, die zijn ontdekking der inductie had opgeleverd, toe op de raadselachtige verschijnselen van het z.g. rotatie-magnetisme, die in 1824 door Arago waren ontdekt. Arago had aangetoond, dat een schommelende magneetnaald sneller tot rust komt, wanneer zij is opgesteld boven een koperen plaat dan bij afwezigheid van deze en dat een wentelende koperen schijf een aanvankelijk rustende magneetnaald, die om dezelfde as als zij kan wentelen, in haar beweging meesleept. De kennis van dit verschijnsel was sinds dien dag door verschillende onderzoekers wel uitgebreid; men had b.v.

1) E.R. I, 21.

2) E.R. I, 24

[p. 345]

opgemerkt, dat de werking van een metalen schijf op den magneet des te sterker was, naarmate het electrisch geleidingsvermogen van het gebruikte metaal grooter was en dat het werd verzwakt, wanneer men radiale insnijdingen in de schijf maakte; tot eenig inzicht in de oorzaak ervan was men echter nog niet gekomen; men dacht vrij algemeen aan een soort van magnetische inductie van de naald op de schijf, maar kwam daarbij in strijd met de feiten.

Faraday nu heeft onmiddellijk na de ontdekking der inductieverschijnselen de mogelijkheid overwogen, dat hij met behulp hiervan het rotatiemagnetisme van Arago zou kunnen verklaren. Den 30en Augustus 1831, den tweeden dag dus van zijn onderzoek, noteert hij al de vraag¹⁾: ‘May not these transient effects be connected with causes of difference between power of metals at rest and in motion in Arago's experiments?’ en weldra stond het voor hem vast, dat de oorzaak van het raadselachtige verschijnsel hierin gelegen moest zijn, dat door de beweging van de schijf in het krachtenveld van de magneetnaald in de schijf inductiestroomen werden opgewekt, die nu op dezelfde wijze den invloed van den magneet ondervonden of daarop invloed uitoefenden, als dat in zijn vroeger ontdekte electromagnetische rotatieverschijnselen het geval was. Tevens zag hij in, dat uit de proeven van Arago een middel moest kunnen worden afgeleid, om inplaats van de kortstondige inductiestroomen, die hij tot dusver uitsluitend had waargenomen, blijvende te krijgen: de wenteling van de schijf moest een momenteel effect langs opvolgende wentelende stralen stationnair maken langs de vaste rechte, waarmee deze stralen achtereenvolgens samenvallen. Inderdaad slaagde hij erin uit een koperen schijf, die tusschen de polen van een sterken magneet rondwentelde, een stationnairen stroom in een koperdraad te verkrijgen, door de as van de schijf met het eene uiteinde daarvan in verbinding te brengen en den geamalgameer den rand te laten glijden langs een collector, die met het andere uiteinde verbonden was. We ontmoeten in dit toestel den oudsten vorm van een magneto-electrische gelijkstroommachine; het verschijnsel zelf is later onder den naam van unipolaire inductie afzonderlijk bestudeerd.

1) B J. II, 3.

[p. 346]

Een vereenvoudiging van deze proef leidde nu ook tot het beginsel van een wisselstroomgenerator: een draad, welks uiteinden met een galvanometer verbonden waren, kon zoo tusschen de polen van een hoefmagneet heen en weer bewogen worden, dat de naald van den galvanometer in permanente schommeling om zijn evenwichtsstand kwam.

Het was Faraday dus gelukt, in beginsel de mogelijkheid aan te toonen om met behulp van het inductieverschijnsel zoowel gelijkstroom als wisselstroom op te wekken. Aan het vele werk, dat nog verricht zou moeten worden, voordat men tot een practisch bruikbare wijze van stroomvoortbrenging volgens dit procédé gekomen is, heeft hij niet deelgenomen. Het lijdt nauwelijks twijfel, of de menigvuldige problemen, die zich hierbij voordeden, zouden op hem, die met zooveel experimenteel vernuft was begiftigd en wien de practische toepassing der natuurwetenschappen zoo ter harte gingen, menigmaal een verlokkenden invloed hebben uitgeoefend. Maar het is ook hier juist, of hij voelt, dat hij zijn beperkte werkkracht niet moet versnipperen en dat er altijd meer onderzoekers zijn, die denkbeelden van anderen kunnen uitwerken dan die geheel nieuwe wegen weten te wijzen. ‘I have rather been desirous, zegt hij ergens, of discovering new facts and new relations dependent on magneto-electric induction, than of exalting the force of those already obtained, being assured that the latter would find their full development hereafter.’

De behandeling van het laatste der twee bovenvermelde toestellen in de verhandeling van 1831 is nog in een ander opzicht merkwaardig, dan dat we daarin den primitieven vorm van een belangrijke moderne machine beschreven vinden. Faraday spreekt hier namelijk voor het eerst over de algemeene wet, die verband legt tusschen de richting, waarin een geleider door een magnetisch veld heen wordt bewogen, de richting van de magnetische veldsterkte in de doorloopen punten en de richting van den opgewekten inductiestroom; een geheel bruikbare formuleering geeft hij hier nog niet, daar hij zich beperkt tot voorbeelden en tot verwijzing van een stoffelijk model, bestaande uit een magneet en een mes, dat ten opzichte daarvan wordt bewogen. Belangrijk is echter, dat hij hier voor het eerst als den eigenlijk beslissenden factor bij het

[p. 347]

opwekken van den inductiestroom en het bepalen van zijn richting het snijden van de magnetic curves door den bewogen geleider noemt¹⁾. Deze magnetic curves zijn namelijk niets anders dan de magnetische krachtlijnen, waarvan de raaklijn in ieder punt de richting van de magnetische veldsterkte aangeeft en waarvan de loop, zooals men reeds lang wist, door ijzervijlsel kan worden veraanschouwelijkt.

Reeds een oppervlakkige kennis der physica is voldoende om de groote waarde te beseffen, die aan de invoering van dit begrip en het overeenkomstige voor het electrische veld in de leer van magnetisme en electriciteit moet worden gehecht. De schijnbaar zoo abstracte mathematische conceptie van een krachtlijn toch is in den loop van de jaren in Faraday's visionnairen geest gegroeid tot een zoo levende physische realiteit, dat men zich tegenwoordig, juist waar het om aanschouwelijkheid gaat, dus in elementaire uiteenzettingen en in practische toepassingen, geen electrische ladingen of stroomen en geen magneten meer kan denken, zonder dat tevens het beeld van de hetzij electrische hetzij magnetische krachtlijnsystemen, die ze omringen, mee in onze voorstelling verrijst. Het is hier niet de plaats, de ontwikkeling van dit onschatbare hulpmiddel in haar volle algemeenheid te schetsen; de plaats, waar het denkbeeld voor het eerst optreedt, verdient echter in deze uiteenzetting de aandacht en wel vooral, omdat de toepassing, die Faraday er hier van maakt, een der meest vruchtbare zou blijken, die er van te maken zijn. Inderdaad is voor de algemeene formuleering van de wet van de electromagnetische inductie de beschouwing van de magnetische krachtlijnen van het induceerende agens onmisbaar; vooreerst al, omdat zij het eerst mogelijk maakt, Voltaelectrische en magneto-electrische inductieverschijnselen onder een gezichtspunt samen te vatten; vervolgens echter, omdat zij het eenvoudigste middel aan de hand doet, de eigenschappen van den inductiestroom af te leiden, zoowel wanneer men, zooals voornamelijk in technische toepassingen geschiedt, verband legt tusschen de richtingen van de beweging van het draadstuk, dat magnetische krachtlijnen doorsnijdt, van de

1) E.R. I, 32.

[p. 348]

krachtlijnen zelf en van den opgewekten stroom, als wanneer men, zooals in theoretische beschouwingen de voorkeur verdient, richting en sterkte van den inductiestroom afleidt uit de veranderingssnelheid van den door den beschouwden geïnduceerden keten omvatten magnetischen krachtstroom.

De bovenstaande beschouwingen zullen eenig denkbeeld hebben kunnen geven van de verhandeling, waarin de grondslagen van de leer der electromagnetische inductie worden gelegd; we zouden hiermee dus de gestelde taak, die immers niet bestond in het geven van een volledige schets van Faraday's natuurwetenschappelijk werk, maar slechts in de uiteenzetting van de groote vondst, die in deze maanden herdacht wordt, voltooid kunnen achten. Wanneer men echter, zich in gedachten honderd jaar terug verplaatsend, de beteekenis overziet, die het jaar 1831 voor de geschiedenis van de physica heeft gehad, kan men moeilijk nalaten, een woord te wijden aan den merkwaardigen samenloop van omstandigheden, die in hetzelfde jaar, waarin Faraday zijn grootste ontdekking deed, den man deed geboren worden, zonder wien zoowel deze ontdekking als het andere werk, dat hij gedaan heeft, nooit den onoverzienbaren invloed op de natuurwetenschappen zouden hebben uitgeoefend, dien zij er nog steeds van ondergaat. Die man was James Clerk Maxwell, wiens levenstaak hierin heeft bestaan, dat hij de kostbare en door hem steeds eerbiedig bewonderde denkbeelden van Faraday heeft overgebracht uit de onvolkomen taal der woorden in de minder onvolkomen taal der mathematische symbolen en relaties en die daardoor het werk van zijn grooten voorganger eerst ten volle bruikbaar heeft gemaakt voor de moderne physica. Faraday zelf was weinig wiskundig aangelegd; bij alle waardeering voor en inzicht in de macht der mathematische methoden voelde hij, dat zijn kracht elders lag en hij is er dan ook nooit toe gekomen, zich een diepergaande mathematische ontwikkeling te verwerven. Wanneer hij alleen was blijven staan in de geschiedenis van de natuurkunde, zou dit een leemte in zijn werk beteekenen, omdat zijn vermogen tot uitdrukking daardoor nooit heeft kunnen voldoen aan de eischen, die zijn rijkdom aan voorstellingen en gedachten stelde. Zijn naam is echter

[p. 349]

met dien van Maxwell tot een onverbreekbare eenheid verbonden en de theorie van Faraday-Maxwell zal steeds blijven gelden als een der schoonste vruchten, die de samenwerking van experimenteel onderzoek en mathematische formuleering ooit heeft voortgebracht.

Oisterwijk, Mei 1931.

E.J. Dijksterhuis