Jongens en wetenschap. Deel 1

[p. 169]

Vier Uitvinders van de Radio
Faraday, Maxwell, Hertz, Marconi

Er zijn uitvindingen waarmee één man alleen op zekere dag naar voren treedt en de mensheid verbaasd laat staan. Dat kan niet gezegd worden van de uitvinding van de radio. Voor men er eindelijk in slaagde de tonen van een concert, in de vorm van electrische golven aan de aether toe te vertrouwen, om ze na overbrugging van grote afstanden weer toegankelijk te maken voor het menselijk oor, moest menig zoeker en uitvinder daaraan werken. De een bouwde verder aan de uitvinding van de ander, meestal zonder het eigenlijke doel, de radio, op het oog te hebben, tot eindelijk één man alle draden in handen nam en heel duidelijk zei: ‘We zullen door de aether met de hele wereld omgaan.’

Deze man heette Guglielmo Marconi. Toen het hem als jongeman gelukte, om tussen de kust van Wales en het daarvoor liggende eiland Flatholm, draadloos in Morsetekens te telegraferen, met behulp van electrische golven, spitste de hele wereld de oren en begon er overal een wedloop om deze schitterende uitvinding te verbeteren en practisch te benutten. Lang is de weg van deze eerste stations voor draadloze telegraaf tot onze huidige radiozenders, maar veel verder nog zijn de sporen te vinden van die belangrijke natuurkundige ontdekkingen zonder welke men, noch de draadloze telegrafie, noch de radio uitgevonden zou hebben. Laten we dus eerst een vluchtige terugblik werpen op de drie baanbrekende zoekers: Faraday, Maxwell en Hertz, die aan het begin van de lange ontwikkeling van de radiouitvinding staan.

Michael Faraday, een van de geniaalste natuurkundigen, werd in 1791 in de omgeving van Londen geboren, als zoon van een smid en tot zijn 21ste levensjaar was hij boekbinder, zoals de grote Benjamin Franklin. Hij deed talloze proeven om het wezen van de electriciteit meer te doorgronden. Hij ontdekte, onder meer, een merkwaardige wisselwerking tussen de electrische, de magnetische en de lichtverschijnselen. Men wist toen al lang dat het licht een golfbeweging is. Als drager van het licht door de ruimte dacht men zich een stof die overal voorhanden moest zijn. Men noemde ze aether. De aard van de

[p. 170]

lichtstraling dwong de natuurkundigen om deze hypothetische aether de eigenschappen toe te kennen van een vast lichaam, terwijl hij klaarblijkelijk toch zo dun was dat de in het heelal zwevende hemellichamen er niet de minste weerstand in vonden. Deze onontwarbare knoop van tegenstrijdigheden hakte Faraday met één slag door. Bij zijn onderzoekingen over magnetisme en electriciteit ontdekte hij een grootheid, de zogenaamde critische snelheid, waarvan de waarde de lichtsnelheid evenaarde. ‘Vreemd’, vond Faraday, ‘zou dat nu een toeval zijn of kon men de verschijnselen van het licht electrisch verklaren?’ Dan hoefde men zich de golfbeweging van het licht in de aether niet meer mechanisch voor te stellen, zoals dat b.v. bij de geluidsgolven het geval is, maar wel als een electromagnetisch proces, waarbij de aether electrische veranderingen ondergaat. En in dit geval kon die ellendige aether, waarvan nog geen mens iets gezien had, zo dun zijn als hij maar wou.

De Engelse natuurkundige James Clerk Maxwell nam dit stoute denkbeeld over. Hij was geen schitterend experimentator zoals Faraday, maar wel een uitstekend mathematicus, met een goede kijk op de samenhang in het natuurgebeuren. Aan hem zijn we de electromagnetische lichttheorie verschuldigd die hij een rekenkundige grondslag gaf en die nu nog als basis van de electrische golven dient.

Voor ons zijn in deze theorie, in samenhang met de ontwikkeling van de radio, vooral de drie grootheden van belang waarmee men iedere golf kenschetst:

1.	de lengte van de golf;
2.	de duur van de trilling;
3.	de voortplantingsnelheid van de golf.

Wat men practisch onder een golflengte verstaat, weet ieder die een radiotoestel gebruikt. Om de lengte vast te stellen meet de wetenschap de afstand tussen twee golfbergen, zoals men dit b.v. bij de watergolven dadelijk met de metermaat doen kan. De trillingsduur is de tijd die verloopt tot de volgende golfberg aankomt. Onder voortplantingsnelheid verstaat men eenvoudig de snelheid waarmee de golfbeweging zich van uit de bron uitbreidt. Men krijgt ze door de golflengte te delen door de duur van de trilling, zoals men de snelheid van een rijtuig berekent door de afgelegde weg te delen door de benodigde tijd.

Tot in 1888 bleef de theorie van Faraday-Maxwell een gedachtensysteem, waarmee geen mens practisch iets wist te beginnen. Maar toen deed een geleerde in een stil laboratorium een reeks proeven die nu klassieke beroemdheid verworven hebben. Deze geleerde was de

[p. 171]

Bonnse natuurkundige, Heinrich Hertz. Hij had een inductietoestel en Leidse flessen tot zijn beschikking, waarmee hij electrische vonken kon maken. Door het onderzoek van de Deen Feddersen wist hij dat een electrische vonk niet eenvoudig een ontlading van de ene pool op de andere is, maar dat zij samengesteld is uit een groot aantal afzonderlijke ontladingen. Evenals een slinger die men aanslaat, een paar keer heen en weer slingert voor hij tot rust komt, slingert ook de electriciteit een poosje van de ene pool naar de andere. De duur van zo'n gedeeltelijke ontlading is weliswaar heel klein: ze bedraagt bij de ontlading van een kleine Leidse fles maar ongeveer een millioenste seconde. Hertz dacht er over na: de werking op de aether van elke afzonderlijke ontlading moet zijn als die van een slag op een rustig watervlak; dus planten deze aethergolven zich in alle richtingen in de ruimte voort. ‘Hoe lang is zo'n golf?’ vroeg hij zich af. Nu, de opeenvolging van de gedeeltelijke ontladingen van zijn kleine Leidse fles was hem bekend: ze bedroeg zoals gezegd, één millioenste seconde. Dus beantwoordde ook de trillingsduur van de golf aan een millioenste seconde. De voortplantingsnelheid moest volgens de theorie dezelfde zijn als die van het licht = 300 000 kilometer per seconde. Zo kon de golflengte eenvoudig uitgerekend worden. Ze was gelijk aan de voortplantingsnelheid vermenigvuldigd met de trillingsduur van de golf, dus 300 000 kilometer per seconde, of 300 millioen meter per seconde

Fig. 1. De oscillator volgens Hertz

[p. 172]

vermenigvuldigd met een millioenste seconde = 300 meter. Zijn golven waren dus 300 m lang, veel te lang om ze in zijn laboratorium te kunnen onderzoeken. Zo zocht hij naar een regeling om kortere golven voort te brengen en hij vond ze na veel pogingen in de oscillator, op fig. 1 getekend. Hij bestond uit twee grote metalen bollen, terwijl aan de eigenlijke vonkbrug, twee kleine bollen tegenover elkaar stonden. De ontladingsvonken tussen deze kleine bollen hadden een trillingsduur van ongeveer een honderdmillioenste seconde, dus moest men daarmee golven van zowat 3 meter lengte kunnen voortbrengen. Nu kwam het probleem, de golven aan te tonen. Hertz had het al opgelost. Zoals bekend begint een stemvork te trillen, als ze door geluidsgolven getroffen wordt die aan de eigen trilling van de vork beantwoorden. Hertz gebruikte net zo iets als de stemvork, namelijk een draadbeugel (een gebogen draad) die, zoals fig. 2 aantoont, een op geringe afstand regelbare vonkbrug bezit. Zoals de geluidsgolven de stemvork laten meetrillen en laten klinken, zo werden nu

Fig. 2. De resonator volgens Hertz

ook de electrische golven in deze zogenaamde resonator geinduceerd en werden ze door heel kleine vonken zichtbaar. Hertz zocht met deze primitieve ontvanger de ruimte van zijn laboratorium af, terwijl de slinger vonken sproeide en nu kon hij de bij elke golfbeweging optredende buiken en knopen in de golven, door het optreden en wegblijven van kleine vonkjes aan de kleine vonkbrug van de resonator aanwijzen. Ja, nog meer, hij vond dat de electrische golven dezelfde eigenschappen vertonen als de lichtgolven. Stelde hij zijn oscillator volgens de brandpuntlijn van een verticale holle spiegel op, zoals je op fig. 3 kunt zien, dan kon hij die golf die op die manier in één vlak gericht was, in een tegenoverstaande gelijke holle spiegel opvangen en zichtbaar maken, terwijl alle andere delen van de ruimte zonder electrische golven bleven. Zelfs in de straalbreking zoals men dat bij het licht kende, slaagde Hertz. Daarbij gebruikte hij een zeer groot prisma uit pik, dat aan de afmetingen van de electrische golven beantwoordde.

Hertz heeft dit met verbazende scherpzinnigheid doorgezette werk aan de wetenschappelijke wereld meegedeeld in een boek ‘Onderzoek over de Uitbreiding van de electrische Kracht’, dat in 1892 verscheen. Als zuivere wetenschapsman dacht hij niet aan de mogelijkheid van een practische toepassing van zijn onderzoek, en toen een ingenieur hem eens in een brief de vraag stelde of men op zijn ontdekking niet

[p. 173]

Fig. 3. Proef van Hertz met verticale parabolische holle Spiegel

een draadloze telegrafie kon opbouwen, antwoordde Hertz, dat dit onmogelijk was, omdat de electrische golven zich slechts op geringe afstand zouden voortplanten. Dit oordeel is begrijpelijk als men bedenkt dat zijn resonator alleen reageerde in de nabijheid van de zender.

Het doet vreemd aan, te zien, dat al deze ontdekkingen waaruit de radio zich later ontwikkelde uitsluitend door wetenschapsmensen gedaan werden, die slechts het ene doel voor ogen hadden, de kennis van de natuurverschijnselen te verrijken. Ook het betere ontvangapparaat voor electrische golven, de cohaerer, door Branly uitgevonden in 1890, de antenne door Popoff in 1895 en de verbeterde vonkenzender door Prof. Righi in 1893, werden alleen voor wetenschappelijk onderzoek geconstrueerd. Maar nu was de tijd rijp dat een man, met het begrip voor de practische behoeften van onze wereld, de vruchten zou oogsten.

Een jong student, zoon van een

Fig. 4. Zender van Righi

welgesteld Italiaanse senator, knutselde in de tuin Van het ouderlijk huis met electrische golven. Hij was op de hoogte van de stand van het onderzoek. In 1896 kwam hij op het idee om deze electrische golven te gebruiken voor het uitzenden van telegrafische Morsetekens. De jonge student heette Guglielmo Marconi. Hij gebruikte de door Righi uitgevonden zender die fig. 4 schematisch voorstelt. Over twee metalen bollen van zowat 10 cm

[p. 174]

doorsnee was een isolerende, met olie gevulde cylinder geschoven. Dichtbij de twee bollen bevonden zich twee kleinere bollen die met het inductieapparaat verbonden waren. Sloot Marconi de primaire stroomketen van de vonkeninductor met de taster in het rhythme van de Morsetekens, dan sprongen er tussen de 4 bollen vonken over, die electrische golven van de trillingsduur van een 250 millioenste deel van een seconde uitzonden. Fig. 5 stelt de ontvanger voor. Hiervoor stond Branly's cohaerer hem ter beschikking, een glazen buis met twee metaalproppen waartussen zich metaalvijlsel bevond. De metaalproppen stonden zowel met de ontvangantenne als met een electrische batterij in verbinding. De weerstand die het metaalvijlsel de batterijstroom

Fig. 5. Ontvanger met cohaerer, relais en telegraaf volgens de schikking van Marconi

biedt is zo groot dat er geen stroom kan doorgaan. Treffen electrische golven de cohaerer dan vermindert de weerstand aanzienlijk; de batterijstroom gaat door de cohaerer en door een in de stroomketen ingeschakeld relais, dat op zijn beurt een tweede stroomketen met een gewoon Morseapparaat sluit. Een klepeltje, zoiets als een electrische bel, zorgt door aanslaan aan de cohaerer, dat de cohaererstroomketen ten gevolge van het dooreenschudden van het metaalvijlsel na elk uitgezonden teken dadelijk weer onderbroken wordt.

Marconi was geen stil geleerde, doch een man van de daad. Met brandende ijver probeerde hij zijn idee te verwezenlijken. Hij klauterde op bomen om nieuwe en grotere antennes te proberen, en weldra slaagde hij er in om ver buiten het bereik van de tuin zijn tekens te zenden en te doen ontvangen. Maar wat baatte hem zijn succes als zijn landgenoten geen oog hadden voor het belang van zijn idee! Men hield hem voor één van die talloze uitvinders, die hun tijd aan een nutteloos spel verkwisten.

Vastberaden schreef Marconi aan de directie van de Engelse Telegraaf over zijn proefnemingen. De chefingenieur Preece, die al lang probeerde electrisch te telegraferen zonder de dure kabels, liet de jonge Italiaan naar Engeland komen, waar de eerste welbekende proef

[p. 175]

van een draadloze berichtgeving plaats vond, tussen de kust van Wales en het eiland Flatholm in Mei 1897. Prof. Slaby, die kort daarop in Duitsland op groter schaal proefnemingen deed, deelt over deze proef het volgende mee:

‘Op de ongeveer 20 m hoge klip van Lavernock Point, op een afstand van de gezellige badplaats Penarth, was een 300 m hoge mast opgesteld. Van de top daarvan liep de koperdraad die als antenne diende, naar een pool van de ontvanger. De andere pool was door een lang stuk draad beneden de klip met de zee verbonden. Midden in het Kanaal, op 5 km van Lavernock Point, ligt het eilandje Flatholm, op zijn hoge klippen met kanonnen bezet, gelijk de stand van een vuurtoren. Daar was de zendplaats. In een houten huisje stond het stralenapparaat met een betrekkelijk kleine inductor door een achtcellige accumulator gevoed. De eerste proefdag werd er twee kilometer meer draad op beide kanten van de klip gelegd, om, volgens een vroeger onderzoek van Mr. Preece, een verbinding met telefoons te vervaardigen, wat na korte tijd gelukte. De tweede dag zou er, volgens Marconi's onderzoek, getelegrafeerd worden. Eerst lukte het helemaal niet tekens te ontvangen. Men gaf de schuld aan het stuk ijzerdraad dat de mast vasthield en de ontvangdraad als een kooi omgaf. Toen men de ontvangdraad de volgende dag 20 m verlengde om de ontvanger op zij van de mast wat verder op te stellen, kwamen de eerste nog onduidelijke tekens. De volle uitslag kwam pas de volgende dag, nadat men met het ontvangtoestel beneden naar het strand gegaan was en daarmee de lengte van de draad die dienst deed bijna verdubbeld had. Het zal me een onvergetelijke herinnering blijven hoe we, terwille van de hevige wind in een grote houten kist met z'n vijven over elkaar gehurkt, ogen en oren met gespannen aandacht op het ontvangapparaat gericht, plotseling na het ophijsen van het afgesproken vlaggeteken, het eerste getik, de eerste duidelijke Morsetekens vernamen, geluidloos en onzichtbaar overgebracht van die rotsachtige kust waarvan je de omtrek maar vaag kon zien, door dit onbekende geheimzinnige middel, de aether, die de enige brug vormt naar de planeten van het heelal.’

Nu was de weg gebaand; de zegetocht van de draadloze overbrenging van tekens, taal en muziek kon beginnen. Marconi's idee, de pas ontdekte electrische golven als bemiddelaars van telegrafische tekens aan te wenden, was alweer alleen een begin voor nieuw onderzoek en proberen. Golden de tot nu toe gedane proeven in de ogen van het publiek als wetenschappelijk gespeel, nu de practische kant

[p. 176]

duidelijk werd, sprak de hele wereld van de mogelijkheid om met de snelheid van het licht zeeën en werelddelen te overbruggen.

In alle cultuurlanden werd aan de verbetering van zenders en ontvangers gewerkt. In plaats van Marconi's vonkenontlading, die sterk gedempte golven zonder juiste afstemmingsmogelijkheid uitzonden, kwamen er, dank zij de uitvinding van de gekoppelde trillingsketen van Braun en van de vonkbrug, de zwakgedempte golven, die een betrekkelijk scherpe afstemming mogelijk maakten. Later probeerde men, in plaats van de inductor, dynamomachines te gebruiken die zonder vonkbrug dadelijk hoogfrequente trillingen voortbrachten, tot eindelijk de uitvinding van de radiobuis voor zenders en ontvangers een nieuw tijdperk van de radio inluidde. Nu pas kon het draadloos geven van tekens zich uitbreiden tot de draadloze telefonie en ten slotte tot de huidige radio waardoor we met de cultuur van de hele wereld in verbinding kunnen komen.

Omdat er, sinds Marconi, zoveel onderzoekers en uitvinders, door ijverig verricht detailwerk de radio zo ver volmaakt hebben, willen we die eerste pioniers Faraday, Maxwell en Hertz niet vergeten.