/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Ontdek het Belle Époque

Uitvinding van de radiografie

Draadloos berichten versturen wordt mogelijk

De uitvinding van de radio wordt in het algemeen toegeschreven aan Guglielmo Marconi. Het is gemakkelijk gedacht dat dan de radio wordt bedoeld die wij nu in de huiskamer hebben staan. Dat is echter niet het geval. Het is meer zo dat Marconi, samen met zijn voorgangers Heinrich Hertz, Édouard Branly en Aleksandr Popov en zijn latere partner Ferdinand Braun, de radiografie heeft ontwikkeld. Dat wil zeggen: het draadloos versturen van berichten. Aanvankelijk kwam dit vooral te pas in de scheepvaart en dan met name bij noodsituaties. De radio als zondanig ontstond pas na de Eerste Wereldoorlog.


thesos.large.jpg

'The S.O.S.' - omslagillustratie van het boek 'The Wireless Man' door Francis A. Collins uit 1912

 

Het principe van radio

Bij radiografie wordt er een akoestische boodschap verstuurd via elektromagnetische golven.  Eerst worden de geluiden door een microfoon omgezet in elektromagnetische golven. De golven worden op hun beurt door een oscillator omgezet in een geluidsgolf op hoge frequentie. De hoogfrequente golven worden vervolgens via een antenne door de ether verzonden naar de antennes van individuele ontvangers, oftewel radio’s. In deze radio’s worden de golven weer teruggebracht naar de akoestische, voor ons begrijpelijke, geluiden waar het mee begonnen was.

 

Elektromagnetische ontdekkingen

Feitelijk begint de geschiedenis van de radio bij het ontdekken en nader onderzoeken van elektromagnetisme. Zonder kennis op dit gebied was het niet mogelijk geweest om iets als radiografie te bedenken.

De eerste natuurkundige die met zijn onderzoek naar elektromagnetisme belangrijke resultaten boekte was Michael Faraday. Hij geloofde er sterk in dat elektriciteit kon worden opgewekt door magnetisme en wist dit rond 1831 te bewijzen. Deze ontdekking zou van groot belang blijken voor tal van op elektriciteit gebaseerde uitvindingen, maar voor die van de radio gold dat extra.

James Clerk Maxwell zette een volgende stap in het proces door te ontdekken dat licht een elektromagnetisch verschijnsel is. Dat betekende automatisch dat er elektromagnetische golven door ons luchtruim bewegen. In 1865 formuleerde Maxwell vier wetten betreffende elektromagnetisme, die de basis zouden vormen voor alle ideeën die er nog over dit verschijnsel zouden volgen.

Het punt met de wetten en ontdekkingen van Maxwell was echter dat deze nog alleen theoretisch waren en het bestaan van elektromagnetische golven nog niet bewezen. Het wachten was op het eerste concrete bewijs voor het daadwerkelijk bestaan ervan.

 

heinrich-rudolf-hertz-2.large.jpg

Heinrich Hertz

 

Heinrich Hertz levert het bewijs

In 1884 vroeg Hermann von Helmholtz, befaamd professor natuurkunde aan de universiteit van Berlijn, zijn voormalige student Heinrich Hertz (1857-1994) om het bewijzen van de theorie van Maxwell op zich te nemen. Dat betrof met name het idee dat er elektromagnetische golven door de ether trokken.  Hertz, destijds woonachtig te Karlsruhe, nam de opdracht aan. In het auditorium van het instituut waar hij als natuurkundige werkte, begon hij te experimenteren.

De eerste jaren ging het hem niet al te goed af. Hij wist niet waar te beginnen, was vaak mismoedig en geloofde eigenlijk niet echt dat het mogelijk was. Toch zette hij met hangen en wurgen door.

In 1887 kwam de omslag. Het onderzoek kreeg richting en de experimenten leverden steeds meer op. In de loop van het jaar lukte het Hertz om aan de hand van minieme vonkjes de aanwezigheid van een magnetische golf over een zeer korte afstand te bewijzen. Hij gebruikte daarvoor een 'vonkgenerator', een  cirkelvormige draad met een kleine opening waartussen de vonken ontstonden. De natuurkundige wereld stond op zijn kop.

hertz-wireless-transmitter-rankin-kennedy-electrical-installations-vol-v-1903.large.jpg

Vonkgenerator van Hertz

 

Nu kreeg Hertz de smaak te pakken. Enthousiast vervolgde hij zijn experimenten. Hij zette de zender en de ontvanger vijftien meter uit elkaar, wat de maximale afstand was die hij in het auditorium kon bereiken.  De nieuwe experimenten leverden een onverwachte bonus op: elektromagnetische golven bleken, hoewel onzichtbaar voor het oog, net als lichtgolven te worden weerkaatst door spiegels.

Door deze ontdekking kon Hertz in 1888 een zogeheten 'resonator' bouwen, een apparaat dat elektromagnetische golven produceerde en verzond.

Helaas zou het hier voor hem bij blijven. Hij kreeg een mysterieuze infectieziekte en overleed  op 1 januari 1894 op 36-jarige leeftijd. Na hem zouden echter tal van natuurkundigen en uitvinders het onderzoek naar elektromagnetisme voortzetten.

 

Édouard Branly, Aleksandr Popov en de coherer

Op basis van de resultaten van Hertz zetten twee personen concrete stappen in de richting van de radiografie. Dat waren de Fransman Édouard Branly (1844-1940) en de Rus Aleksandr Popov (1859-1905). Beiden zouden ze een eerste type radio-ontvanger bouwen, een zogeheten 'coherer'. Deze coherers hadden een bereik van enkele kilometers.

Branly ontwikkelde rond 1890 een nieuwe detectiemethode voor elektromagnetische golven. Hij ontdekte dat kleine metalen deeltjes bleven samenkleven in een glazen buis als er in de buurt een vonk werd ontstoken. Door aan de uiteinden van de buis twee elektroden te bevestigen kon de elektrische weerstand worden gemeten. Deze werd beduidend lager als de deeltjes samenkleefden. Ook dat betekende de aanwezigheid van elektromagnetische straling.

Deze methode was fijnzinniger dan die van Hertz en had een veel groter bereik. Op basis van dit principe kon Branly een coherer bouwen die elektromagnetische golven over kilometers wist te versturen in plaats van over meters.

 

800px-poste-recepteur-tube-limaille.large.jpg

Een coherer van Branly uit 1902

 

Popov, assistent aan de torpedobootschool in Kronstadt, bouwde op basis van de vindingen van Hertz ook een coherer, waarbij hij met name veel verbeterde aan de antenne. Hij ontdekte namelijk dat de ontvangst van de signalen belangrijk werd verbeterd als hij de ontvanger met een lange verticale draad verbond. Feitelijk is hij daarmee dus de uitvinder van het type antenne dat wij nu nog het meeste gebruiken. In 1895 zou hij zijn vindingen presenteren aan de Russische natuurkundige vereniging.

Popov gebruikte het apparaat onder meer om elektrische ontlading uit onweerswolken op te vangen. Daardoor kon hij onweersbuien voorspellen. Ook wist hij als eerste een draadloze telegraafverbinding te leggen en de woorden 'Heinrich Hertz' in morsecode te verzenden over 250 meter.

Branly en Popov worden in respectievelijk Frankrijk en Rusland gezien als de uitvinders van de radio. Net als Hertz waren Branly en Popov echter meer wetenschapper dan uitvinder. Hun coherers waren labopstellingen en allebei waren ze niet echt bezig met de mogelijkheid elektromagnetische golven op grotere schaal praktisch toepasbaar te maken. Dat deed iemand anders wel.

 

Guglielmo Marconi en de draadloze telegrafie

In 1894 werd een jonge Italiaan van gegoede huize door zijn buurman en mentor Augusto Righi, professor in de natuurkunde, bekend gemaakt met het elektromagnetisch onderzoek van Heinrich Hertz en anderen. Een gefascineerde Guglielmo Marconi (1874-1937) sloeg aan het experimenteren in het tuinhuis van de ouderlijke villa. Hij wilde weten of je 'hertzgolven' ook over een zekere afstand kon verzenden, zonder dat daar nog verbindingsdraden aan te pas kwamen. Interesse voor 'draadloze telegrafie' kwam wel meer voor in die dagen.

 

marconi.large.jpg

  Guglielmo Marconi rond 1908

 

In 1895 lukte het hem na vele mislukte probeersels om over een afstand van 800 meter draadloos te telegraferen, beduidend verder dus dan Popov.  Hij gebruikte daarbij onder ander een vonkgenerator en een verbeterde versie van de coherer van Branly. Zelf ontwikkelde hij een radioantenne, een constructie met geleiders die werden opgehangen aan een mast.

Nog datzelfde jaar haalde Marconi de 2400 meter. Hiermee was de zoektocht naar praktische toepassingen voor elektromagnetische golven echt begonnen.

In Italië interesseerde zich daar echter niemand voor, waardoor Marconi besloot naar Engeland te emigreren. Dat was voor hem niet zo’n vreemde stap aangezien hij een Ierse moeder had en veel familie op de eilanden. In 1896 kreeg hij een Brits patent na succesvolle demonstraties. Ook richtte hij de 'Wireless Telegraph and Signal Company Ltd.' op. Een bedrijf dat in handen van de gewiekste zakenman Marconi zou uitgroeien tot een groot succes.

In de VS werd hem het patent op de antenne trouwens geweigerd omdat men er teveel overeenkomsten zag met een uitvinding van Nikola Tesla. De meningen verschillen echter over de vraag of dit terecht was of niet.

 

Steeds verder

Een paar jaar later had Marconi zijn draadloze telegraaf in ieder geval zo ver geperfectioneerd dat hij de 15 kilometer haalde. Vervolgens lukte het hem om uitstekende signalen vanuit Bristol over het Kanaal te versturen. Marconi ’s systeem had zich hiermee definitief bewezen.

Destijds dachten veel mensen echter dat door de kromming van de aarde de maximale draagwijdte van radiogolven 300 km was. Voor bepaalde radiogolven gaat dit ook op. Op 12 december 1901 bewees Marconi echter dat het toch mogelijk was om ze ook over een veel langere afstand te verzenden. Het lukte hem draadloze morsesignalen over de Atlantische Oceaan te sturen, over een afstand van 3200 kilometer tussen Cornwall en Newfoundland.

 

poldhu-radio-station.large.jpg

Het radiostation van Marconi in Poldhu, Cornwall. Hiervandaan zond hij als eerste een bericht over de Atltantische oceaan. Foto uit 1910.

 

Marconi en Braun

Rond de eeuwwisseling kreeg Marconi hulp van een andere wetenschapper, Karl Ferdinand Braun (1850-1918). Deze bracht verschillende verbeteringen aan. Niet op eigen gelegenheid, maar in samenwerking met Marconi.

Zo ontwierp Braun een radio-ontvanger met kristaldetector, welke veel beter werkte dan andere ontvangers. Hij wist ook het bereik van de zenders steeds verder op te krikken. De verbinding die Marconi in 1901 wist te leggen tussen Engeland en Noord-Amerika was in belangrijke mate aan hem te danken.

Zijn belangrijkste bijdrage echter was dat het hem lukte elektromagnetische golven in een door hem gewenste richting te sturen, in plaats van deze willekeurig te verzenden en op te vangen. Het is niet moeilijk te begrijpen hoe belangrijk dat was voor de verdere ontwikkeling van de radiografie.

De geniale, maar zeer bescheiden en teruggetrokken Braun en de natuurkundig minder maar sociaal en zakelijk veel meer onderlegde Marconi, vormden een perfect team. In 1909 kregen ze samen de Nobelprijs voor de natuurkunde.

 

ferdinand-braun.large.jpg

Ferdinand Braun

 

Toch zou voornamelijk Marconi  blijven gelden als de uitvinder van de radiografie. Dat kwam omdat hij, meer dan wie ook, praktische en commerciële toepassingen tot stand heeft gebracht. De geschiedenis bepaalt vaak dat de nuttige uitvinding meer belang heeft dan de wetenschappelijke labopstelling.

 

Radiotelegrafie

In het begin van de 20ste eeuw werd het duidelijk dat de golven van de draadloze telegrafie breed uitstraalden, wat hertzgolven niet deden. Daardoor ging men spreken over 'radiogolven'.

Tegen 1910 was 'radiotelegrafie', zoals het draadloos versturen van berichten nu ging heten, een ingeburgerd verschijnsel en kon het over zeer grote afstand worden gebruikt. Dat was in eerste instantie vooral een zege voor de scheepvaart, die tot dan toe verstoken was gebleven van alle nieuwe communicatieapparatuur. 

Radiotelegrafie was een enorme stap vooruit wat betreft communicatieapparatuur. Achteraf gezien is het echter nauwelijks voor te stellen dat de ontwikkeling telegrafie-telefonie-radiografie in niet meer dan tachtig jaar tijd vorm heeft gekregen. 

 

 

Bronnen

  • Meidenbauer J. (red.) - 'Het grote boek van uitvindingen en ontdekkingen.' Lisse 2004
  • Bodanis D. - 'Het elektrisch universum: een geschiedenis van de elektriciteit.' Amsterdam 2005
  • Wikipedia (nl.wikipedia.org) - 'Guglielmo Marconi'/ 'Antenne'/ 'Wetten van Maxwell'/ 'Édouard Branly'/ 'Aleksandr Popov'/ 'Karl Ferdinand Braun'.