Heike Kamerlingh Onnes

Geboren in 1853
Overleden in 1926
Prijs toegekend in 1913

door Dr. C.A. Crommelin
Lector in de Natuurkunde te Leiden.

‘Nieuwe bewijzen voor de aswenteling der aarde. Academisch proefschrift ter verkrijging van den graad van Doctor in de Wis- en Natuurkunde aan de Rijks Universiteit te Groningen op gezag van den Rector Magnificus Jhr. Dr. B.H.C.K. van der Wijck, hoogleeraar in de Faculteit der Letteren en Wijsbegeerte tegen de bedenkingen der Faculteit in het openbaar te verdedigen op Donderdag 10 Juli 1879, des namiddags te 3 uur door Heike Kamerlingh Onnes geboren te Groningen’, ziehier de titel van het proefschrift, waarop hij, aan wien deze regelen gewijd zijn, zich den doctorstitel waardig maakte. Zijn intrede in de wetenschappelijke litteratuur had reeds een jaar vroeger plaats gevonden, toen de Leidsche Hoogleeraar in de wiskunde D. Bierens de Haan in de vergadering van 29 Juni 1878 van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, afdeeling Natuurkunde ‘namens den Heer H. Kamerlingh Onnes, Phil. Nat. Doctorandus te Groningen’ eene mededeeling aanbood over hetzelfde onderwerp; deze mededeeling had echter een voorloopig karakter, (het proefschrift was nog niet klaar) en had ‘slechts de verzekering der prioriteit ten doel’. Ook was eveneens in 1878 het grootste (wiskundige) deel van de dissertatie voorloopig in een wiskundig tijdschrift*) verschenen.

Proefschrift.

In dit proefschrift wordt het bewijs, zoowel theoretisch als experimenteel, geleverd, dat de beroemde slingerproef van Foucault opgevat kan worden als een bijzonder geval van een groote groep verschijnselen, waarmede men even goed en op experimenteel veel eenvoudiger wijze de aswenteling der aarde kan bewijzen. Het is verdeeld in een wiskundig gedeelte, waarin de betrekkelijke beweging

behandeld wordt volgens de methoden der analytische mechanica, en een proefondervindelijk gedeelte, waarin de proeven met een slinger van slechts 1.20 m lengte beschreven worden en tevens eene elementaire theorie van deze proeven gegeven wordt; het geheel is een bewonderenswaardig stuk werk, waaruit wij zien hoe Onnes zoowel de mathematische theorie als de experimenteele zijde van zijn onderwerp (beide waarlijk niet eenvoudig) geheel beheerschte en hoe hem toen reeds de noodzakelijkheid van een innige samenwerking van theorie en practijk voor den geest moet hebben gestaan.

Levensloop 1853-1882.

Laat ons thans een aantal jaren teruggaan en Onnes' levensloop tot aan zijn promotie kort schetsen. Hij werd den 21sten September 1853 te Groningen geboren, volgde daar de Hoogere Burgerschool, leerde na zijn eindexamen Latijn en Grieksch en slaagde in 1870 voor het toelatingsexamen tot de Universiteit. Reeds in 1872 verwierf hij een gouden medaille voor de beantwoording van een prijsvraag, uitgeschreven door de wis- en natuurkundige faculteit der Utrechtsche Universiteit. Na zijn candidaatsexamen te Groningen zette hij zijn studiën voort te Heidelberg en werkte daar in 1871 en 1872 onder leiding van Bunsen en Kirchhoff; bij den laatste verwierf hij den Seminarpreis. In dien tijd was het, dat Kirchhoff hem opmerkzaam maakte op de mogelijkheid, de proef van Foucault, waarvoor een zéér lange slinger noodig is, met een zeer veel korteren te verrichten en hem voorstelde zijn krachten aan dit probleem te beproeven. Te Heidelberg begon Onnes aan dit werk, om het later, te Groningen teruggekeerd en werkend onder den hoogleeraar R.A. Mees, te voltooien. In 1878, na zijn doctoraalexamen maar nog voor zijn promotie, werd hij assistent te Delft bij Prof. Bosscha, Directeur der toenmalige Polytechnische School en gaf college in den cursus 1880-1881 als plaatsvervanger van Prof. Snijders, in den cursus 1881-1882 als plaatsvervanger van Prof. Bosscha. Intusschen was Onnes, gelijk reeds vermeld is, in 1879 gepromoveerd.

Benoeming tot hoogleeraar.

Niet lang daarna, in 1882, volgde zijne benoeming tot hoogleeraar in de proefondervindelijke natuurkunde en meteorologie aan de

Fig. 1. De zuurstofinstallatie (methode Pictet) in opbouw omstreeks 1887 (pag. 184); van rechts naar links: het reservoir voor chloormethyl, de chloornethylpomp, de aethyleenpomp, een Cailletpomp (die niet bij de installatie behoort) en de kwikpomp (met groot vliegwiel en manometer, pag. 193).

Fig. 2. Prof. Onnes met medewerkers omstreeks 1902. Van rechts naar links: bovenste rij: B. Meilink, W.H. Keesom; middelste rij: L.H. Siertsema, J.C. Schalkwijk, M. Reinganum, H.H.F. Hyndman, E. van Everdingen; onderste rij: M. Boudin, H. Kamerlingh Onnes.

Leidsche Universiteit, als opvolger van P.L. Rijke, welk ambt hij den 11den November van dat jaar aanvaardde met het uitspreken van een oratie, getiteld: ‘De beteekenis van het quantitatief onderzoek in de natuurkunde.’

Lezen wij deze voortreffelijke redevoering en denken wij na over het werk, dat Onnes gedurende zijn lang professoraat als natuurkundige heeft tot stand gebracht, dan worden wij getroffen door het merkwaardige feit, dat wij in deze rede reeds zoowel de algemeene methode van onderzoek als ook de hoofdstukken der natuurkunde, die steeds Onnes' bijzondere voorliefde gehad hebben, uitvoerig besproken vinden. Welke de algemeene methode is, die Onnes vooral aanprijst, dat zegt ons de titel reeds en nog beter zeggen het de volgende woorden uit de oratie: ‘Naar mijn inzicht moet bij de proefondervindelijke beoefening der natuurkunde het streven naar quantitatief onderzoek, d.w.z. naar het opsporen van de maatbetrekkingen in de verschijnselen, op den voorgrond staan. Door meten tot weten, zou ik als zinspreuk boven elk physisch laboratorium willen schrijven.’

De hoofdstukken der natuurkunde, die ik zooeven noemde, zijn de thermodynamica of mechanische warmtetheorie en de kinetische gastheorie of de moleculaire theorie op de warmteverschijnselen toegepast. Ik citeer wederom uit de oratie, waar de redenaar spreekt over Van der Waals' beschouwingen over de kritische temperatuur: ‘Deze beteekenis van de kritische temperatuur werd schitterend bewezen, toen de permanente gassen voor het vernuft van Cailletet en Pictet moesten bezwijken en het aan deze onderzoekers gelukte bij uiterst lage temperaturen de zuurstof en de waterstof als nevel of vloeistofstraal te aanschouwen’ en eenige bladzijden verder, waar zoowel methode als onderwerp nog eens scherp omlijnd worden: ‘Eenerzijds worden de pompen van Cailletet en Pictet daardoor onmisbare laboratoriumswerktuigen, anderzijds moet tegenwoordig een deel van een physisch laboratorium op astronomische leest geschoeid zijn.’

Toestandsvergelijking van Van der Waals.

Om de beteekenis van dit alles in te zien, moeten wij een aantal jaren teruggaan, namelijk tot 1873, toen J.D. van der Waals den 14den Juli te Leiden promoveerde op eene dissertatie getiteld: ‘Over

de continuïteit van den gas- en vloeistoftoestand.’ In deze dissertatie leidt van der Waals langs theoretischen weg een toestandsvergelijking af, dat is een formule, die een betrekking aangeeft tusschen 3 grootheden, b.v. het volumen, de temperatuur en den druk, waardoor de toestand van een stof volkomen bepaald wordt; zijn 2 van deze grootheden bekend, dan kan de 3de uit de vergelijking berekend worden. Deze beroemde toestandsvergelijking van Van der Waals is de eerste toestandsvergelijking geweest, afgeleid op streng moleculair-theoretische wijze, die bovendien rekenschap geeft zoowel van den damp- als van den vloeistoftoestand, van het evenwicht tusschen beide en van de kritische verschijnselen. Dat er voor een aantal stoffen een kritisch punt bestond, gekarakteriseerd door een zeer bepaalden druk, volumen en temperatuur, en dat boven de kritische temperatuur geen evenwicht tusschen de dampen de vloeistofphase mogelijk is, of huiselijker uitgedrukt, dat men boven die temperatuur een gas niet vloeibaar kan maken, wist men sinds de proeven van Thomas Andrews te Belfast in 1869, maar het moleculair-theoretisch inzicht in deze merkwaardige verschijnselen ontbrak. Dit inzicht geeft de vergelijking van Van der Waals en wel op eenvoudige wijze (de afleiding der vergelijking, zooals Van der Waals die geeft, is daarentegen verre van eenvoudig).

Permanente gassen.

Van allerlei stoffen had men de kritische temperaturen reeds bepaald, doch er waren in dien tijd 6 gassen, die men door samenpersing bij gewone temperatuur, zelfs tot eenige duizenden atmospheren, niet tot een vloeistof had kunnen verdichten. Deze 6 gassen waren waterstof, zuurstof, stikstof, stikstofmonoxyde, koolmonoxyde en methaan of moerasgas; zij werden de permanente gassen genoemd. Nu men een goed inzicht in de kritische verschijnselen had verworven, lag het vermoeden voor de hand, dat de permanente gassen kritische temperaturen hadden beneden de gewone temperatuur en dat men deze gassen dus niet alleen moest samenpersen, maar ook afkoelen, wilde men op goeden uitslag hopen*).

Dezen gedachtengang volgend gelukte het ongeveer gelijktijdig in 1879 aan Louis Cailletet te Parijs en Raoult Pictet te Genève zuurstof en misschien ook waterstof als een vloeistof waar te nemen; Cailletet zag een nevel in zijn proefbuis, Pictet een werkelijke straal vloeistof en hiermede was het bewijs geleverd, dat de ‘permanente’ gassen niet in werkelijkheid permanent zijn, maar zich van andere stoffen alleen onderscheiden door een bijzonder lage kritische temperatuur.

Wet der overeenstemmende toestanden van Van der Waals.

Wij moeten nu nog wijzen op een belangrijke wet, die Van der Waals uit zijn toestandsvergelijking in 1880 heeft afgeleid. Deze vergelijking bevat, behalve de veranderlijke grootheden, volumen, druk en temperatuur, 2 constanten, die karakteristiek voor de stof zijn en die in eenvoudige betrekking staan tot de kritische grootheden. Iedere stof heeft dus zijn eigen toestandsvergelijking, zijn eigen constanten (a en b) en zijn eigen kritische grootheden.

Drukt men nu echter het volumen, den druk en de temperatuur uit in de overeenkomstige kritische grootheden, dan spreekt men van de gereduceerde grootheden. Substitueert men deze in de vergelijking en bovendien de kritische grootheden uitgedrukt in a en b, dan vallen alle voor de stof specifieke grootheden weg en vindt men dus een vergelijking, die voor alle stoffen geldt. Dit is de wet der overeenstemmende toestanden van Van der Waals, die zegt, dat alle stoffen, die zich in overeenstemmende toestanden (gelijke gereduceerde temperatuur, druk en volumen) bevinden, zich op dezelfde wijze gedragen.

Deze wet is door een eenvoudige algebraïsche bewerking uit de toestandsvergelijking af te leiden; deze vergelijking echter heeft moleculair-theoretische beschouwingen ten grondslag, waaruit dus volgt, dat ook de wet der overeenstemmende toestanden hare verklaring moet kunnen vinden in beschouwingen aangaande moleculaire beweging. Reeds in 1881, dus nog vóór de aanvaarding van zijn professoraat, was het Onnes gelukt deze verklaring te geven door de invoering van het begrip ‘overeenstemmende bewegingen’ van de moleculen en dit nader te definieeren en uit te werken; en tevens kon hij aantoonen, dat de genoemde wet niet alleen geldt voor stoffen,

die aan de toestandsvergelijking voldoen, maar dat zij een veel ruimere geldigheid bezit.1)

Zoowel de toestandsvergelijking als de wet der overeenstemmende toestanden zijn benaderingswetten, qualitatief geldig maar niet streng quantitatief. ‘Gelijk elke benaderingswet, zoo geeft ook de wet van Van der Waals een nieuwe spoorslag aan het metend onderzoek’ citeer ik uit de oratie; allerlei physische grootheden van verschillende stoffen moeten bij overeenstemmende toestanden worden bestudeerd. ‘Eerst dan mag men verwachten benaderingswetten te vinden van meer algemeene geldigheid.... welke de eigenaardigheid bezitten, dat elke afwijking ervan eene vingerwijzing is in het onderzoek naar het wezen der moleculen. Want in die afwijkingen zal zich juist de eigenaardigheid in bouw en onderlinge werking vertoonen.’

Werkprogramma der oratie.

Na deze uiteenzetting kunnen wij nu, naar ik vertrouw, het werkprogramma dat de jeugdige geleerde - Onnes was bij de aanvaarding van zijn hoogleeraarschap juist 29 jaar oud - voor zijn toehoorders ontwikkelde, overzien en begrijpen: als theoretische grondslagen de beide wetten van Van der Waals (later zouden daar zijne theorieën over de mengsels en over de capillariteit bij komen) als experimenteel werk het onderzoek van stoffen, liefst met eenvoudige moleculen (en dat zijn juist de permanente gassen met lage kritische temperaturen) bij overeenstemmende toestanden, voortbouwend op het werk van Cailletet en Pictet.

De hulpmiddelen, noodig voor theoretische onderzoekingen zijn uiterst bescheiden, pen, inkt en papier zijn voldoende; voor experimenteel onderzoek is heel wat anders vereischt: een goed toegerust laboratorium, voorzien van moderne hulpmiddelen en instrumenten (om nu van de pompen van Cailletet en Pictet nog maar niet te spreken), en dit was geenszins wat Onnes te Leiden vond.

Het Leidsche natuurkundige laboratorium was in die dagen klein: een collegekamer, een kabinet met instrumenten2), een practicumkamer, eenige vertrekken voor onderzoekingswerk, één heel

Fig. 3. De zuurstofinstallatie omstreeks 1920 (verg. fig. I); op den voorgrond: links de chloormethylpomp, rechts de aethyleenpomp; de witte cylinders in het midden, van links naar rechts, zijn de kookflesschen resp. voor chloormethyl, aethyleen, zuurstof en lucht; de groote ketel daarachter dient om het verdampende aethyleen op te vangen.




Fig. 4. De waterstofinstallatie (Joule-Kelvin effect) omstreeks 1920 (pag. 190); rechts de liquefactor, daarnaast op den voorgrond een vacuumbol in houten kistje, om de vloeibare waterstof in te transporteeren; links en in het midden de perspompen.

Fig. 5. De heliumliquefactor, photo genomen daags na de eerste vloeibaarmaking van het helium op 10 Juli 1908; onderaan den liquefactor ziet men de 3 elkaar omhullende vacuumglazen, het binnenste voor het helium, het middelste voor de waterstof, het buitenste voor de lucht.

kleine werkplaats, dat was alles. Geen stoommachine of gasmotor, geen dynamo, geen accumulatorenbatterij; electrische proeven moesten met behulp van galvanische elementen verricht worden, de booglamp op het college vereischte een groot aantal Bunsenelementen, die na een kort gebruik alle uit elkaar genomen, schoongemaakt en opnieuw gevuld moesten worden. Er was dus zeer veel werk te verrichten, voordat aan de onderzoekingen, die in de oratie op het werkprogramma waren geplaatst, begonnen kon worden. Deze toestand spiegelt zich af in de eerste deelen der ‘Communications from the physical Laboratory at the University of Leiden by prof. Dr. H. Kamerlingh Onnes’, het door Onnes kort na de aanvaarding van het hoogleeraarsambt opgericht, op ongeregelde tijden verschijnend, tijdschrift, gewijd aan de onderzoekingen in het laboratorium en waarvan de eerste aflevering in 1885 verscheen*). Bladert men in de eerste vier deelen, dan komt men de namen van leerlingen tegen, R. Sissingh, J.P. Kuenen, P. Zeeman, L.H. Siertsema, J.E. Verschaffelt en anderen, zijn eigen naam echter zelden. Het spreekt vanzelf, dat in deze onderzoekingen van leerlingen ook vele denkbeelden van Onnes schuilen, maar zijn naam ontmoet men onder 48 verhandelingen, die tot 1899 loopen, slechts zeven maal.

Reorganisatie van het laboratorium.

Terwijl zijn leerlingen onder zijn leiding en inspiratie bezig waren op allerlei gebied buiten het eigenlijke werkprogramma, zooals de oratie dit vermeldt, arbeidde de hoogleeraar-directeur zelf al die jaren aan de reorganisatie van het laboratorium, die het voor het verwezenlijken van de plannen, die hem voor den geest zweefden, geschikt zou maken. Hij werd daarin krachtdadig (hoewel misschien niet altijd in het door hem gewenschte snelle tempo) gesteund door het College van Curatoren der Universiteit en door de Regeering, die toonden een open oog te hebben voor zijn streven en die dat ook na dien eersten tijd steeds hebben getoond.

Het laboratorium werd verbouwd, de collegekamer verhuisde naar

de 2de verdieping, waar ook practicumzalen voor de jongere studenten werden ingericht, de instrumentenverzameling naar den zolder, zoodat de geheele benedenverdieping voor het onderzoekingswerk vrij kwam. Tallooze kleinere hulpmiddelen en werktuigen werden ontworpen, een gasmotor, een dynamo en een accumulatorenbatterij aangeschaft, instrumenten deels gekocht, deels in het laboratorium vervaardigd en in het middelpunt van dit alles stond de inrichting van een cryogeen1) laboratorium, noodig voor het vloeibaarmaken van ‘permanente’ gassen en tot het verkrijgen van die uiterst lage temperaturen, die voor de verwezenlijking van het werkprogramma noodig waren. In 1885 werd besloten 2 zuigperspompen te koopen bij de ‘Société genevoise d'instruments de physique’ te Genève, dezelfde fabriek waaraan Raoult Pictet ingenieur was geweest en waar hij zijn beroemde proeven had verricht. In 1886 werden deze pompen in gebruik genomen. Spoedig daarop kon aethyleen in kleine hoeveelheden vloeibaar worden gemaakt, maar eerst den 17den Juni 1892 gelukte het voor het eerst een kleine hoeveelheid zuurstof tot vloeistof te verdichten. Dit alles en nog veel meer lezen wij in een uitvoerige verhandeling van Onnes van 18942), waarin hij den toenmaligen stand van zijn cryogeen laboratorium beschrijft.

Men moet zich bij het lezen van deze verhandeling en van deze regelen goed duidelijk maken, dat dit alles pionierswerk was in den vollen zin des woords. Het gebied der lage temperaturen - voorloopig zijn hiermede bedoeld de temperaturen tot ongeveer - 200° C - was bijna volkomen onbekend. Cailletet en Pictet hadden de mogelijkheid deze temperaturen te verwezenlijken, aangetoond, maar geen van beiden had het werk daarna lang voortgezet; alleen te Krakau waren de physicus Sigmund von Wroblewski en de chemicus Karl Olszewski en te London de chemicus-physicus James Dewar zelfs eenige jaren eerder dan Onnes, begonnen met een installatie voor lage temperaturen, echter op veel kleiner schaal dan te Leiden. Op nagenoeg geen enkel gebied beschikte men over ervaring, alles tot het kleinste onderdeel toe, moest nieuw geconstrueerd en beproefd worden, wat - het behoeft nauwelijks

gezegd te worden - in den eersten tijd tallooze mislukkingen en teleurstellingen en daardoor veel tijdverlies met zich bracht. Het zou den omvang van dit opstel verre te buiten gaan, wanneer ik zou willen trachten de ontwikkeling van het cryogene bedrijf tot Onnes' aftreden in 1924 en de verschillende door hem gebruikte methoden tot het verkrijgen van lage temperaturen uiteen te zetten, maar iets moet er toch van gezegd worden, waarbij ik mij bepalen zal tot de cascade-methode van Pictet en de methode van het Joule-Kelvin effect.

Methode van Pictet.

De methode van Pictet berust in beginsel hierop, dat men een stof, die men bij kamertemperatuur door samenpersing vloeibaar kan maken, aan die bewerking onderwerpt en de aldus verkregen vloeistof onder verlaagden druk laat koken. Men kan op deze wijze een temperatuur bereiken beneden de kritische temperatuur van een tweede stof, welke men dan, na afkoeling door de eerste stof, door samenpersing vloeibaar kan maken. Deze tweede stof, verdampend onder lagen druk, maakt het weer mogelijk een derde stof te condenseeren, zoodat men op deze wijze trapsgewijze telkens lagere temperaturen bereikt. Onnes koos als eerste stof chloormethyl (CH₃Cl), als tweede aethyleen (C₂H₄) en als derde zuurstof. Met chloormethyl, kokend onder een druk van 1 cm kwik bereikt men een temperatuur van -90° C*), met aethyleen -150° C en daarmede is men reeds belangrijk beneden de kritische temperatuur van zuurstof (-119° C), zoodat deze stof dan door een matige samenpersing gecondenseerd kan worden. De beginselen, waarop deze methode berust, zijn dus eenvoudig genoeg, de practische uitvoering was echter, vooral in den tijd, waarover wij spreken, uiterst moeilijk en ingewikkeld. De installatie bestond en bestaat nog uit: voor alle drie stoffen een zuigpomp, een perspomp (oorspronkelijk in één machine vereenigd, later zijn er afzonderlijke vacuumpompen bij gekomen om lagere drukken te verkrijgen) en een kookflesch, voor de eerste stof bovendien een reservoir om die stof in vloeibaren toestand te bewaren, voorts een groot aantal verbindingsbuizen, kranen voor hoogen druk, manometers, veiligheids-

kleppen, gaszakken en gashouders om de verdampende gassen op te vangen, enz., enz. en het is waarlijk niet te verwonderen, dat het jaren arbeid gekost heeft dit alles zoo te installeeren, dat het zonder stoornis functioneerde.

De werktuigen en machines waarmede Pictet te Genève werkte vormden een proefinstallatie, de Leidsche installatie daarentegen moest voor een technisch bedrijf dienen en dus aan veel hooger eischen beantwoorden; de capaciteit moest veel grooter zijn, het bedrijf continu, lekken mochten in het geheel niet voorkomen, immers, zoowel chloormethyl als aethyleen zijn brandbare, onder bepaalde omstandigheden ontplofbare gassen en zoo moest een geheel nieuwe techniek van het condenseeren van gassen geschapen worden.

Niet alleen van het condenseeren van gassen, maar ook, wat even moeilijk was, van het werken met die vloeistoffen, van het verrichten van physische metingen bij lage temperaturen moest een bijzondere studie gemaakt worden. Dit toch was het doel, het cryogene laboratorium was het middel daartoe.

Cryostaten.

De constructie der cryostaten, d.w.z. toestellen waarin een vloeibaar gas kookt onder een zorgvuldig constant gehouden druk en dus bij constante temperatuur, vormden een afzonderlijk onderwerp van studie, waar nog veel over te zeggen zou zijn. Laat ik mij bepalen tot de mededeeling, dat het gelukte dergelijke cryostaten te vervaardigen met behulp van glazen van Dewar (met dubbelen wand en vacuumgepompte ruimte daartusschen, aangezien het vacuum de beste warmte-isolatie verschaft), waarin iedere gewenschte temperatuur tusschen -24° C. (kookpunt van chloormethyl bij atmospherischen druk) en -217° C. (kookpunt van zuurstof onder een druk van 2 mm kwik) tot op 0°.01 à 0°.02 constant gehouden kon worden.

Toen omstreeks het jaar 1900 deze eerste cryogene installatie met daarbij behoorende hulpmiddelen zoover gereed was, dat Onnes over alle temperaturen tot beneden -200° C. voor physische metingen beschikte, konden hij en zijn medewerkers langzamerhand beginnen met de onderzoekingen over de toestandsvergelijking en de wet der overeenstemmende toestanden van enkelvoudige stoffen

en mengsels en van alle verschijnselen, die daarmede in verband staan. Bladerend in het 5de en de volgende deelen van de Communications valt het ons op, dat men ook na 1900 voorloopig deze onderzoekingen nog niet vindt, tenzij bij kamertemperatuur, wel echter vele mededeelingen over ‘methoden en apparaten, in het cryogeen laboratorium in gebruik’ en over het nauwkeurig meten van de lage temperaturen en van de drukkingen. Vooral de, voor thermodynamische onderzoekingen vereischte, groote nauwkeurigheid, 1/2000, in sommige gevallen zelfs 1/10.000, is zeer moeilijk te bereiken. De nauwkeurige thermometrie der lage temperaturen en de manometrie der hooge drukkingen (tot ± 100 atmospheren) bieden inderdaad zulk een reeks van moeilijke problemen, dat ook aan deze onderwerpen talrijke publicaties zijn gewijd.

Thermodynamische oppervlakken.

In dezen tijd vallen ook zeer origineele theoretische onderzoekingen1) van Onnes en zijn medewerkers2) over thermodynamische oppervlakken. De betrekking tusschen twee grootheden stelt men voor door een kromme in een plat vlak. Heeft men echter, zooals in de thermodynamica, met 3 grootheden te maken - immers de toestand van een stof wordt, zooals wij reeds gezien hebben, door 3 grootheden bepaald - dan moet er een derde afmeting bij komen en krijgt men een oppervlak waarbij het er dan vooral op aankomt de 3 grootheden zoo te kiezen, dat er uit het oppervlak allerlei eigenschappen der stof vallen af te leiden, wat op andere wijze niet, of niet zoo gemakkelijk zou gaan. Een druk-volume-temperatuur oppervlak is bijvoorbeeld niet bijzonder interessant. De Amerikaansche physicus Willard Gibbs echter heeft een energie-entropievolumen oppervlak aangegeven, dat zeer de aandacht heeft getrokken. De hellingen van het raakvlak ten opzichte van de assen geven den druk en de temperatuur, men kan op het oppervlak lijnen van gelijke temperatuur (isothermen) en van gelijken druk (isopiësten) trekken. De gebieden van het evenwicht damp-vloeistof, vloeistof-vaste stof en vaste stof-damp worden door plooien in het oppervlak gekarakteriseerd, de over deze plooien liggende

raakvlakken geven door hun twee raakpunten het evenwicht tusschen de verschillende phasen aan.

Onnes is de eerste geweest, die dergelijke oppervlakken quantitatief geconstrueerd heeft, en wel met gebruikmaking van het waarnemingsmateriaal van Amagat. Hij paste bij de constructie de wet der overeenstemmende toestanden van Van der Waals en zijn eigen theorie der gelijkvormige beweging toe en gebruikte gereduceerde grootheden - wij zagen reeds wat men daaronder heeft te verstaan; deze gereduceerde oppervlakken van Gibbs zijn nu weer voor al die stoffen gelijk, waarvoor de verhouding ϰ der beide specifieke warmten (bij constanten druk en constant volumen) dezelfde is. Voor 3 verschillende waarden van ϰ werden zulke oppervlakken in klei gemodelleerd en in gips afgegoten, uit de bestudeering waarvan belangrijke conclusies konden worden getrokken.

Ψ-Vlak van Van der Waals.

Ook in de theorie der mengsels komt een uitermate belangrijk oppervlak voor, namelijk het ψ-vlak van Van der Waals; een der afmetingen wordt bij dit vlak ingenomen door het gehalte van het mengsel, zoodat er maar twee afmetingen voor thermodynamische grootheden overblijven, waarvoor Van der Waals kiest de vrije energie (ψ) en het volumen; een dergelijk oppervlak geldt dan voor een bepaalde temperatuur. Ook zulke oppervlakken heeft Onnes berekend en geconstrueerd voor verschillende mengsels, gebruikmakend van bestaande experimenteele gegevens, vooral van die van Kuenen. Zij geven door de dwarsplooi een uitstekend inzicht in de verschijnselen van het evenwicht tusschen damp en vloeistof en van de kritische verschijnselen van mengsels, die veel gecompliceerder zijn dan de analoge verschijnselen bij enkelvoudige stoffen.

Empirische toestandsvergelijking.

In 1901 valt nog een zeer belangrijk theoretisch onderzoek van Onnes,*) nl. over een empirische toestandsvergelijking. De bestaande toestandsvergelijkingen, - ook die van Van der Waals, verreweg de belangrijkste - hadden alle een qualitatief karakter en waren niet geschikt experimenteele gegevens nauwkeurig voor te stellen, op zijn best over een klein, maar nooit over een groot gebied.

Daarvoor is in die gewoonlijk eenvoudige vergelijkingen het aantal constanten veel te klein. De empirische toestandsvergelijking van Onnes daarentegen bevat 25 constanten, viriaal coëfficiënten genoemd. Toch is zij zoo gebouwd (een reeks naar opklimmende machten van de dichtheid), dat men er betrekkelijk gemakkelijk mee kan rekenen en zij heeft zoowel voor enkelvoudige stoffen als voor mengsels onschatbare diensten bewezen. Zonder overdrijving kan men zeggen, dat zij de eenige practisch bruikbare toestandsvergelijking is.

Wij moeten nu echter tot het cryogene laboratorium terugkeeren en zien hoe Onnes dit verder heeft uitgebreid om nog veel lager temperaturen dan die van vloeibare zuurstof te kunnen bereiken. Was omstreeks 1900 zijn laboratorium reeds beroemd, zijn eigen wereldnaam heeft hij zich eerst verworven door zijn physisch onderzoek bij die extreem lage temperaturen.

Joule-Kelvin effect.

Met de pompinstallatie volgens de methode van Pictet, die wij hebben beschreven, is het mogelijk, behalve de drie genoemde stoffen, chloormethyl, aethyleen en zuurstof, ook stikstof, lucht, stikstofoxydule (N₂O), methaan (CH₄) en nog andere stoffen tot vloeistoffen te verdichten, maar voor de stoffen met nog lager kritische temperaturen, namelijk neon (-229° C) en waterstof (-240° C) om van het helium nog niet te spreken, laat de methode van Pictet ons in den steek. Immers als laagste bereikbare temperatuur noemde ik reeds -217° C en deze temperatuur ligt ver boven de zooeven genoemde kritische temperaturen. Er is hier een gaping in de reeks der opeenvolgende stoffen en men moet naar een andere methode uitzien om deze gaping te overbruggen. Deze methode wordt geleverd door een verschijnsel, dat in 1852 door de Engelsche natuurkundigen J.P. Joule en Lord Kelvin (toenmaals William Thomson) werd ontdekt. Laat men namelijk een gas onder constanten druk uitstroomen in een ruimte, waar de druk veel kleiner is, zonder dat het bij de expansie arbeid verricht, dan neemt men over 't algemeen aan de zijde der lage druk een geringe temperatuurdaling waar, bij waterstof en neon echter een temperatuurstijging, een beroemd en merkwaardig verschijnsel, daar het bewijst, dat de moleculen elkaar aantrekken. Een stof wier moleculen elkaar niet aantrekken, zou dit effect nooit kunnen vertoonen. Dit Joule-

Kelvin effect was reeds in 1896 door Karl von Linde te München toegepast op het vloeibaarmaken van lucht, waarbij de ontspannen afgekoelde lucht de toestroomende samengeperste lucht voortdurend meer vóórkoelde (regeneratorprincipe) totdat het kritische punt van lucht bereikt was en de eerste vloeistof zich begon af te zetten.

Toen Onnes reeds met de plannen van een waterstofinstallatie volgens het principe van Joule en Kelvin bezig was, gelukte het in 1898 aan James Dewar in de Royal Institution te Londen waterstof in hoeveelheden van een liter en meer vloeibaar te maken en daarin metingen te verrichten bij temperaturen van -253° C, het kookpunt van waterstof, en lager tot -259° C, de temperatuur waarbij waterstof, kokend onder verlaagden druk, vast wordt. Dit was een spoorslag te meer voor Onnes om de Leidsche waterstofinstallatie te projecteeren en uit te voeren, beter en van grooter capaciteit dan die te Londen.

Waterstofinstallatie.

Hoewel men nu reeds over een rijke ervaring in het gebied der lage temperaturen beschikte, kostte het Onnes en zijn technische staf - de naam van den bedrijfschef van het cryogeen laboratorium G.J. Flim moet hier met eere genoemd worden - toch nog een aantal jaren voordat deze plannen verwezenlijkt konden worden. Weer moesten er lokalen aangebouwd worden, weer werden persen zuigpompen aangeschaft (ditmaal van de fabriek der firma Burckhardt te Basel), weer moest een liquefactor,1) het hart der installatie, in het laboratorium vervaardigd worden. Maar toen dit alles in het voorjaar van 1906 gereed was en geïnstalleerd, werkte de installatie reeds bij het eerste ‘proefdraaien’ zoo voortreffelijk als men het kon wenschen.2) De productie bedroeg 3 à 4 L vloeibare waterstof per uur, reeds in Mei 1906 werden de eerste physische metingen in met deze vloeistof gevulde cryostaten verricht en den 28sten van dezelfde maand kon Onnes in de vergadering der Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam een reeks demonstratieproeven met vloeibare waterstof vertoonen, die de merkwaardige en verrassende eigenschappen van deze vloeistof in het licht stelden.

Metingen over de toestandsvergelijking.

Intusschen was het werk aan de toestandsvergelijking en wat daarmede samenhangt ijverig voortgezet en deze onderzoekingen hadden zeer belangrijke resultaten opgeleverd; zij hebben voornamelijk betrekking op de stoffen met lage kritische temperaturen, die tevens van eenvoudige moleculaire structuur zijn, namelijk de éénatomige edele gassen argon, helium en neon en de twee-atomige waterstof, zuurstof en stikstof. Bij deze onderzoekingen, waarbij de druk, het volumen en de temperatuur in onderling verband gemeten moeten worden, houdt men, om practische redenen, de temperatuur constant en meet dan den druk bij verschillende volumina. De graphische voorstelling van de aldus verkregen getallen is een lijn van constante temperatuur, een isotherme, die het verband tusschen druk en volumen bij die temperatuur voorstelt en zulke getallenreeksen, zoowel als de graphische voorstellingen vindt men in groote getale in de mededeelingen. Daarbij komen de onderzoekingen in de buurt van het kritische punt, bepalingen van de kritische grootheden en, in het condensatiegebied, de dampspanningen en eenige jaren later de dichtheden van den verzadigden damp en vloeistof; deze laatste grootheden zijn in het bijzonder belangrijk voor de experimenteele toetsing van de merkwaardige ‘wet van den rechtlijnigen diameter’, die in 1876 door den Franschen physicus Émile Mathias en zijn leermeester Cailletet werd gevonden; ten slotte de bepalingen van calorische grootheden, de specifieke warmten, de verdampingswarmte en dergelijke. Na 1906 konden deze metingen uitgebreid worden tot -259° C, de laagste temperatuur der vloeibare waterstof. Ook het gebied tusschen -217° C en -253° C, waar geen cryostaat met een kokende vloeistof kan gebruikt worden om de eenvoudige reden, dat zoo'n vloeistof niet bestaat, werd bewerkt met een dampcryostaat, een uitermate vernuftig toestel, waarin de temperatuur van den damp van vloeibare waterstof op automatische wijze constant wordt gehouden*)

Heliuminstallatie.

De eenige mogelijkheid om nog lager temperaturen dan die van waterstof te verkrijgen zou nu zijn het vloeibaarmaken van helium, het eenige gas, dat tot dusver, ondanks herhaalde pogingen van

Olszewski en Dewar, hardnekkigen weerstand had geboden en niet in den vloeibaren toestand bekend was. Dadelijk na 1906, toen de waterstofinstallatie in bedrijf was, heeft Onnes met de hem eigen energie en voortvarendheid dit probleem ter hand genomen.

De moeilijkheden waren hier belangrijk grooter dan bij waterstof. Om te beginnen bezat het laboratorium geen helium. Dit gas uit de lucht af te zonderen zou een onbegonnen werk zijn geweest, omdat de lucht slechts een spoor helium bevat. Gelukkig echter bestaan er mineralen, zooals monaziet, fergusoniet e.a., die helium in vrij groote hoeveelheden bevatten en waaruit dit gas door verhitting of behandeling met zwavelzuur vrijgemaakt kan worden. Op deze wijze werd ongeveer 300 L helium bereid. Om den liquefactor te kunnen berekenen en construeeren, was de kennis van sommige thermische eigenschappen van helium bij lage temperaturen noodig, maar hiervan was niets bekend, zoodat daarover eerst bepalingen van isothermen verricht moesten worden.

Wij verdiepen ons niet in eene beschrijving van deze metingen, maar willen een oogenblik stilstaan bij één proef, omdat daarbij een zeer merkwaardig verschijnsel werd waargenomen.

Een gas dat in een vloeistof zinkt.

Om redenen, die hier niet ter zake doen, werd een mengsel van ongeveer één deel helium op 6 deelen waterstof in een bad met vloeibare waterstof bij een temperatuur van -253° C in een glazen buis samengeperst. Tot ongeveer 45 atmospheren was er niets bijzonders te zien: de buis was gevuld deels met vloeistof, deels met gas. De vloeistof bestond voornamelijk uit waterstof waarin een kleine hoeveelheid helium was opgelost, de damp grootendeels uit helium, met een weinig waterstof vermengd. Bij het hooger opvoeren van den druk echter steeg de dichtheid van den samendrukbaren damp sterk, die van de weinig samendrukbare vloeistof veel minder zoodat de beide dichtheden elkaar naderden en eindelijk gelijk werden; bij 49 atmospheren was de dichtheid van den damp iets grooter geworden dan die der vloeistof, zoodat de damp in de vloeistof zonk, gelijk een steen in water. Men kon toen het merkwaardige schouwspel bewonderen van een buis met damp en vloeistof, de damp onder in de buis en daarboven de vloeistof.*) Dit interessante

verschijnsel, dat een zuivere stof nooit kan vertoonen en alleen bij mengsels mogelijk is, kon aan de hand van Van der Waals' theorie der mengsels op ongedwongen wijze verklaard worden en vond in het reeds genoemde ψ-vlak, door een bijzonderen vorm van de dwarsplooi, een duidelijke illustratie.

De eerste poging tot vloeibaarmaking van het helium zou wegens de zeldzaamheid en kostbaarheid van het gas, op kleine schaal geschieden; daarom was de aanschaffing van een nieuwen compressor niet dadelijk noodig, maar kon een door Onnes reeds veel vroeger ontworpen en geconstrueerde maar pas in 1900 gepubliceerde*) compressor gebruikt worden. Dit merkwaardige werktuig was bestemd voor het samenpersen van kleine hoeveelheden zeer zuivere gassen tot 100 atm.; in een stalen buis gaat een kwikkolom als zuiger op en neer, waarbij geen smering noodig is en het gas dus alleen met staal en kwik in aanraking komt, waardoor verontreiniging is uitgesloten.

Daar er slechts 300 L gas beschikbaar was, werd ook de liquefactor, waarin het weerbarstigste aller gassen bedwongen moest worden, op kleine schaal uitgevoerd. In dezen liquefactor werd het gecomprimeerde gas eerst met vloeibare lucht, daarna met vloeibare waterstof afgekoeld, ten slotte expandeerde het door een kraan van speciale constructie, waarbij het Joule-Kelvin effect voor de verdere afkoeling moest zorgen. Vlak onder de kraan bevond zich een vacuumglas om, zoo de proef gelukte, de vloeistof op te vangen. Aangezien deze vloeistof zeer vluchtig zou zijn en bij den geringsten warmtetoevoer weer zou verdampen, was dit vacuumglas omhuld door een tweede met vloeibare waterstof en dit tweede weer door een derde met vloeibare lucht.

Eerste vloeibaarmaking van helium.

In den aanvang van Juli 1908 was alles zoover gevorderd, dat de groote aanval gewaagd kon worden, waarvoor de 10de Juli was vastgesteld. Den dag te voren werd de voorraad aan vloeibare lucht tot 75 L opgevoerd. Den 10den Juli werd te kwart voor zes 's morgens de waterstofinstallatie in bedrijf gesteld om den voorraad aan te vullen; de heliumliquefactor werd zoover mogelijk afgekoeld, waarna de circulatie van het samengeperste helium kon beginnen.

Na een dag van ongelooflijke inspanning werd 's avonds te half acht voor het eerst vloeibaar helium waargenomen, een kleurlooze vloeistof, die bij -269° C kookte en waarvan het oppervlak zuiver haaks tegen den wand van de buis stond en geen met het bloote oog waarneembare capillaire verschijnselen vertoonde. Te omstreeks 10 uur 's avonds werd het werk na een langen en uitermate vermoeienden dag geëindigd en in zijn verhandeling*) over deze proeven bedankt Onnes in hartelijke bewoordingen zijn medewerkers voor hun volhardende toewijding.

Het wetenschappelijke belang van dit alles was zeer groot. Ten eerste was hiermede aangetoond, dat ook het laatst overgebleven gas tot een vloeistof verdicht kon worden, ten tweede - en dit is nog belangrijker - was nu een geheel nieuw temperatuurgebied, véél lager dan de tot dusver bereikbare, voor het wetenschappelijk onderzoek toegankelijk gemaakt.

Het werk, dat in het laboratorium verricht werd nà 1908, toont ons de volle ontplooiing van Onnes' gaven; het werkprogramma van de inaugureele oratie was te eng geworden, onderwerpen uit allerlei hoofdstukken der natuurkunde werden er aan toegevoegd, kortom, het laboratorium werd steeds meer een instituut, waarin de natuurkunde der lage en vooral der allerlaagste heliumtemperaturen op zoo breed mogelijke basis beoefend werd. De stroom der verhandelingen, die het laboratorium verliet om eerst in de zittingsverslagen der Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, daarna in de Communications te verschijnen, zwol met den tijd al meer en meer.

Het zou geen zin hebben deze tallooze onderzoekingen hier in bijzonderheden te bespreken; dit zou den omvang en ook de strekking van dit artikel verre te buiten gaan, bovendien leenen vele der onderwerpen zich niet tot een algemeen begrijpelijke uiteenzetting. Ik zal dus slechts hier en daar een greep doen en het overige kort aanduiden.

Optische, magnetische en electrische metingen.

Het waren vooral waarnemingen over optische, electrische en magnetische verschijnselen, die langzamerhand een belangrijke plaats in het werk gingen innemen. De fluorescentie en de phosphorescentie

werden bestudeerd, de magnetische draaiing van het polarisatievlak en absorptiespectra van kristallen in het magnetische veld, welk laatste onderwerp vooral belangrijke uitkomsten gaf. De bij gewone temperatuur breede absorptiebanden werden bij waterstof en heliumtemperaturen smal, soms zelfs fijne zwarte lijnen.1) Ook het magnetisme deed zijn intrede2) en de eerste verhandeling was het uitgangspunt van een lange reeks mededeelingen over deze veelal ingewikkelde verschijnselen bij lage temperaturen, die tot den huidigen dag is voortgezet. Onnes ontwierp een reusachtig groote magneet ten einde zeer sterke magnetische velden ook in betrekkelijk groote ruimten te verkrijgen, wat noodig is om een cryostaat tusschen de magneetpolen te kunnen plaatsen; de opstelling van dit machtige werktuig heeft hij echter niet meer mogen beleven. Op electrisch gebied moeten genoemd worden het Hall-effect, de diëlectrische constante en dan vooral de weerstand van metalen, op welk gebied Onnes een belangrijke ontdekking deed, misschien wel de belangrijkste in de laatste 40 jaar.

Supergeleiders.

De weerstand, dien een metaal aan den electrischen stroom biedt, daalt over het algemeen met de temperatuur. Dit verschijnsel is van groot belang, zoowel voor de electronentheorie der metalen als uit practisch oogpunt, daar de lage temperaturen veelal met weerstandsthermometers worden gemeten, waarvoor men de afhankelijkheid van den weerstand van de temperatuur moet kennen. Het lag dus voor de hand de weerstanden van verschillende zeer zuivere metalen - kleine verontreinigingen kunnen den weerstand belangrijk veranderen - in vloeibaar helium te onderzoeken. De eerste proeven verrichtte Onnes in 1911 met platina en goud3) en nam toen waar, dat de weerstand bij heliumtemperaturen niet meer afnam maar constant bleef, wat hij toeschreef aan verontreinigingen van de metalen. Hij meende, dat de weerstand nul zou zijn geworden wanneer de metalen zuiver waren geweest. Verdere metingen hadden betrekking op kwik4) (een der stoffen, die men het best door distillatie zeer zuiver kan verkrijgen) in een uiterst fijne glazen capillair.

Bij het kookpunt van helium vertoonde de weerstand nog niets bijzonders, bij lagere temperaturen echter, verkregen door drukverlaging boven het helium, met name bij -268°.9 C of 4°.2 Kelvin1) sprong de weerstand plotseling van een meetbare waarde tot nul of tot een in ieder geval onmeetbaar klein bedrag; bij nog lager temperatuur bleef de weerstand onmeetbaar klein. Dat de weerstand nul of bijna nul zou worden had Onnes verwacht na zijn proeven met goud en platina, de sprongsgewijze verlaging tot nul of bijna nul kwam echter geheel onverwachts. In 1913 vond Onnes, dat ook tin en lood hetzelfde verschijnsel vertoonden2); hij noemde de temperatuur, waarbij de plotselinge verdwijning van den weerstand plaats grijpt, het ‘sprongpunt’, den toestand, waarin het metaal zich beneden het sprongpunt bevindt den ‘supergeleidenden toestand’, de metalen, die het verschijnsel vertoonen ‘supergeleiders’. De volgende jaren brachten eenige interessante eigenschappen van den supergeleidenden toestand aan het licht. Stuurt men een niet te sterken electrischen stroom door een supergeleider, dan ontwikkelt zich geen merkbare warmte in het metaal, omdat dit metaal geen merkbaren weerstand heeft. Overschrijdt de stroomsterkte echter een bepaalde waarde, de ‘grens- of drempelwaarde’, dan wordt het metaal plotseling normaal geleidend. Een dergelijk verschijnsel nam Onnes ook waar door een supergeleider in een magnetisch veld te plaatsen. Over het algemeen neemt de weerstand in een magnetisch veld toe. Dit geschiedt eveneens met den weerstand van supergeleiders, wanneer de sterkte van het magnetisch veld een zekere waarde, ook hier drempelwaarde genoemd, overschrijdt, zooals proeven met zeer dunne lood- en tindraden, tot klosjes gewikkeld, aantoonden. Boven de magnetische drempelwaarde wordt het metaal weer normaal geleidend.

Persisteerende stroomen.

Ten slotte vermelden wij nog de volgende interessante proef.3) Onnes plaatste een supergeleidend klosje tindraad in een sterk magnetisch veld en wel zoo, dat de magnetische krachtlijnen door het klosje omvat werden. Verwijdert men nu het veld snel, dan

ontstaat er gedurende dit verwijderen in het metaal een kracht, die de electriciteit voortdrijft en dus een stroom veroorzaakt, die men ‘inductiestroom’ noemt. De kracht duurt slechts kort en de aldus opgewekte stroom sterft bij normale geleiders ten gevolge van den weerstand in een klein onderdeel van een secunde uit. Bij een supergeleider is er echter geen enkele reden waarom een inductiestroom, eenmaal opgewekt, niet zou blijven doorloopen en dit is nu juist wat werd waargenomen. De stroom bleef doorloopen in het weerstandslooze metaal zonder dat op de electriciteit een kracht werkte, vele uren lang zonder merkbaar in sterkte af te nemen. Onnes heeft dergelijke stroomen ‘persisteerende stroomen’ genoemd. Deze proeven brengen wel is waar geen nieuw verschijnsel aan het licht, maar zijn toch zoo verrassend, dat niemand vóór de ontdekking der supergeleiders van de mogelijkheid van zulke proeven zou hebben gedroomd. Een groot aantal natuurkundigen, waaronder ook Onnes zelf, heeft met min of meer succes getracht een theorie van den supergeleidenden toestand van metalen op den grondslag van de electronentheorie in metalen te ontwerpen, tot dusver echter zonder bevredigend resultaat.

Laagste temperatuur.

De laatste groote serie proeven voor zijn aftreden in 1924 heeft Onnes ondernomen in 1921 en 1922, toen hij volgens een groots opgezet plan wilde onderzoeken welke temperatuur bereikt kon worden door het helium onder zoo laag mogelijken druk te laten verdampen. Bij deze proeven moest er in de eerste plaats voor gezorgd worden het vloeibare helium zooveel mogelijk tegen warmtetoevoer van buiten te beschutten, in de tweede plaats het verdampende helium zoo snel mogelijk weg te pompen. De beschrijving van de hiervoor ontworpen zeer ingewikkelde apparatuur moet ik hier laten rusten en mij bepalen tot de mededeeling der uitkomsten. Het gelukte den druk aan het vloeistofoppervlak te doen dalen tot ongeveer 0.013 mm kwik, overeenkomende met een temperatuur van 0°.8 à 0°.9 K. Dit was toentertijd de laagste temperatuur, die ooit bereikt was. Merkwaardigerwijze bleek ook bij deze temperatuur het vloeibare helium een bewegelijke vloeistof en was er van vast worden geen spoor te bekennen.

Medewerkers en leerlingen.

Zoowel bij zijn wetenschappelijk als bij zijn technisch en organisatorisch werk heeft Onnes gedurende zijn 42-jarig professoraat natuurlijk talrijke leerlingen en medewerkers gehad, die, sommigen met begaafdheid, doch allen met ijver en toewijding en naar beste krachten, aangevuurd door zijn voorbeeld voor hem en onder zijn leiding hebben gewerkt, want Onnes bezat de gave om door zijn optreden, door zijn tact om met menschen van allerlei soort om te gaan en vooral door zijn voorbeeld en zijn waardeering voor ieders werk, zijne medewerkers van hoog tot laag tot voortdurende krachtsinspanning en tot een zoo gunstig mogelijke ontplooiing van hunne gaven aan te sporen. Het was in mijn schets van Onnes' wetenschappelijk werk niet doenlijk dezen allen te noemen en het zou niet billijk zijn geweest sommigen te noemen, anderen te verzwijgen. Derhalve laat ik hier een volledige lijst van zijn wetenschappelijke medewerkers en leerlingen volgen; weggelaten zijn zij die slechts zeer kort in het laboratorium gewerkt hebben of over wier werk geen verhandeling is verschenen. Achter ieders naam zijn zeer kort vermeld de onderwerpen waarover de betrokkene voornamelijk heeft gewerkt beneven zijn toenmalige of latere belangrijkste werkkring (voor zoover mij bekend). De namen zijn chronologisch en naar de verschillende nationaliteiten gerangschikt.

Nederlanders:

Fig. 6. Demonstratie van vloeibaar helium bij gelegenheid van het 17de Nederlandsch Natuur- en Geneeskundig Congres te Leiden, 25 April 1919; van rechts naar links: H. Kamerlingh Onnes, N. Bohr, H.A. Lorentz, P. Ehrenfest.

Fig. 7. Prof. Onnes met medewerkers bij de heliuminstallatie, Juni 1924. Van links naar rechts: bovenste rij: G.J. Flim, J.C. Swallow, C.A. Crommelin; onderste rij: E. Mathias, H. Kamerlingh Onnes.

Omstreeks 1895.
Bovensterij, v.l.n.r.J.C. Schalkwijk, R. Kasterin, Ch.M. Hartman, L.H. Siertsema, E. van Everdingen, A. Lebret.
Onderste rij, v.l.n.r.J.E. Verschaffelt, Mevrouw Verschaffelt geb. Liebert, H. Kamerlingh Onnes, H.A. Lorentz.

Buitenlanders:

Over het technische personeel kan ik niet zoo uitvoerig zijn, doch eenige namen moeten hier genoemd worden, namelijk die van den amanuensis J.J. Curvers, die in den eersten tijd de zuurstof-

installatie heeft geconstrueerd; voorts in den lateren tijd vooral die van den bedrijfs-chef van het cryogeen laboratorium G.J. Flim, die o.a. bij de inrichting en de constructie der waterstof- en heliuminstallaties Onnes' rechterhand is geweest en die door zijn kunstvaardigheid en ervaring een groot aandeel heeft gehad in het welslagen van deze installaties en van de tallooze proeven, die er mede zijn verricht, ten slotte die van den chef-glasblazer F.O.H.W. Kesselring, een waar kunstenaar in zijn vak, wien het gelukte de ingewikkeldste toestellen van glas, die voor de proeven noodig waren, te vervaardigen.

Leidsche instrumentmakersschool.

Na deze schets van Onnes' wetenschappelijke beteekenis, de kern van dit opstel, passen enkele woorden over zijn werk op toegepast wetenschappelijk, op maatschappelijk en op paedagogisch gebied.

Toen het laboratorium zich in de laatste jaren der vorige eeuw door voortdurend aanbouwen steeds meer uitbreidde en de cryogene afdeeling langzamerhand in regelmatig bedrijf kwam, was het noodig, dat ook het technische personeel versterkt werd door bekwame instrumentmakers en dat het laboratorium voorzien werd van naar den eisch ingerichte werkplaatsen, zoowel voor metaal- als voor glaswerk.

Deze werkplaatsen zouden echter tevens een uitstekende gelegenheid kunnen bieden om jongere werkkrachten onder leiding van bekwame meesters in de instrumentmakers-en glasblazerskunstop te leiden. Op kleine schaal is Onnes hiermede reeds in de jaren tusschen 1890 en 1900 begonnen en toen dit stelsel zoowel voor het laboratorium als voor de leerlinginstrumentmakers goed bleek te voldoen, heeft hij zijn denkbeelden over een degelijke vakopleiding in het instrumentmaken en glasblazen uitgewerkt en er vasteren vorm aan gegeven.

In 1890 stichtte hij de ‘Vereeniging tot Bevordering van de Opleiding tot Instrumentmaker’, die tot taak had een instrumentmakers- en glasblazersschool in het laboratorium te beheeren. Het gronddenkbeeld hiervan was, dat aan den eenen kant het laboratorium voor deze vakopleiding (die nergens in Nederland bestond en ook thans nog alleen te Leiden bestaat) een uitstekende gelegenheid bood en dat aan den anderen kant het laboratorium, zonder groote kosten, van het werk zoowel van de aankomende als van de bekwame vaklieden zou kunnen profiteeren. Dit volkomen ori-

gineele en nieuwe denkbeeld is gebleken zóó vruchtdragend te zijn, dat in den loop der jaren de Leidsche Instrumentmakersschool (zooals zij tegenwoordig genoemd wordt) - dit meesterstuk van organisatiekunst - zich sterk heeft kunnen uitbreiden en zich heeft ontwikkeld tot een instelling, die een welverdienden roep geniet.

De beide samenwerkende instellingen, school en laboratorium, zijn door gemeenschappelijke belangen zoo eng met elkaar vergroeid, dat de eene zonder het andere, het ander zonder de eene niet meer mogelijk of denkbaar is; zij vormen één geheel, zooals dit nergens anders ter wereld bestaat. Ook de theoretische scholing der leerlingen in wiskunde, natuurkunde, teekenen, electrotechniek en aanverwante vakken werd niet vergeten, maar aangezien deze niet overdag in het laboratorium kon plaatsvinden, werd hiervoor de medewerking van het aloude Leidsche Genootschap Mathesis Scientiarum Genitrix gezocht en verkregen.

Koeltechniek.

Over Onnes' arbeid op toegepast wetenschappelijk gebied vermelden wij, dat hij medeoprichter is geweest van de Association (thans Institut) Internationale du Froid, eene organisatie, werkzaam vooral op het voor de conserveering van levensmiddelen zoo buitengewoon belangrijke gebied der koeltechniek, waarbij echter vooral door Onnes' invloed secties voor wetenschappelijke onderzoekingen, thermometrie en eenheden niet vergeten werden. Het eerste congres vond in Sept. 1908, slechts twee maanden na de opzienbarende vloeibaarmaking van het helium te Parijs plaats en het is niet te verwonderen, dat de Leidsche hoogleeraar en zijn laboratorium daar in het middelpunt der belangstelling stonden. Op de volgende congressen, in 1910 te Weenen, in 1913 te Chicago en in 1924 te Londen, werden steeds uitvoerige rapporten over het Leidsche werk uitgebracht; te Weenen en te Londen was Onnes aanwezig, te Chicago verving Kuenen hem.

Kort na het congres te Parijs heeft Onnes de ‘Nederlandsche Vereeniging voor Koeltechniek’ opgericht, een Vereeniging, die zeer veel in het belang dezer techniek in Nederland tot stand heeft gebracht.

Levensloop 1882-1926.

Onnes' levensloop tot de aanvaarding van zijn Leidsch hoog-

leeraarsambt heb ik in den aanvang van dit opstel kort geschetst, doch deze schets behoeft nog een aanvulling betreffende zijn Leidschen tijd.

Den 8sten Sept. 1887 huwde de jonge hoogleeraar met Maria Adriana Wilhelmina Elisabeth Bijleveld, die gedurende een lange reeks van jaren zijn lief en leed gedeeld en hem gesteund en verzorgd heeft en met zijn werk heeft meegeleefd op een wijze, die boven mijn lof verheven is. Onnes' gezondheid is van jongsaf teer geweest en is dat steeds gebleven, maar in dat zwakke lichaam, dat niet tegen groote vermoeienissen was opgewassen, huisde een krachtige geest, ten volle berekend om zijn grootsche plannen voor de wetenschap en zijn laboratorium in daden om te zetten.

Onderwijs.

Een hoogleeraar moet echter ook college geven en tegen dit alles waren zijn krachten op den duur niet opgewassen. Niet lang na zijn ambtsaanvaarding bleek een langdurige rustkuur noodig te zijn, gedurende welken tijd zijn collega voor de theoretische physica en trouwe vriend H.A. Lorentz zijn colleges waarnam. Ook na de rustkuur is Lorentz de elementaire colleges blijven geven - vooral het spreken in een groote zaal is vermoeiend - en bepaalde Onnes zich tot eenige colleges over mechanica, thermodynamica en electriciteit voor een klein gehoor van meer gevorderde studenten. Intusschen, zijn gaven lagen veel meer op wetenschappelijk dan op paedagogisch gebied. Zijn colleges waren dikwijls moeilijk te volgen en zoo was het ook met een uiteenzetting onder vier oogen. Onnes hield niet van college geven en nog minder van populaire voordrachten. Zijn geest was geheel gericht op wetenschappelijk onderzoekingswerk en op de leiding van leerlingen en assistenten in deze richting; het groote belang van goed college geven en van goede populariseering der wetenschap, van het mededeelen van wetenschap aan studenten en publiek, heeft hij stellig onderschat.

Toen in 1907 Lorentz' en Onnes' oudleerling J.P. Kuenen een derde professoraat in de natuurkunde te Leiden kwam vervullen, heeft deze zoowel het elementaire college als Onnes' colleges voor zijn rekening genomen, zoodat deze zich toen kon bepalen tot een wekelijksche bespreking met zijn assistenten over zijn en hun werk en vrijwel al zijn tijd kon besteden aan het onderzoekingswerk.

Gedurende den cursus 1903-1904 is Onnes rector magnificus der Leidsche Universiteit geweest; den 8sten Februari 1904 sprak hij bij gelegenheid van den 329sten verjaardag der Universiteit de rectorale oratie uit, een voortreffelijk overzicht over ‘De beteekenis van nauwkeurige metingen bij zeer lage temperaturen’, in zekeren zin een vervolg op zijn inaugureele oratie. Evenwel, de verkregen resultaten, die hij in deze oratie beschrijft, zijn slechts een voorspel van wat binnen weinige jaren volgen zou: de waterstof en het helium en wat daarmede samenhangt.

Nobelprijs.

Vooral door de vloeibaarmaking van het helium en door de ontdekking der supergeleiders kwam hij op het hoogtepunt van zijn roem, waarop de kroon werd gezet toen hem in 1913 de hoogste onderscheiding voor een natuurkundige, de Nobel-prijs voor natuurkunde, werd toegekend. Vergezeld van zijn echtgenoote reisde hij in den winter naar Stockholm, waar hij den 10den Dec. 1913 in een plechtige zitting der Zweedsche Akademie van Wetenschappen uit handen van den Koning van Zweden de eereteekenen van den Nobelprijs in ontvangst nam.

Overigens heeft het Onnes aan waardeering van zijn werk tijdens zijn leven niet ontbroken. Bij gelegenheid van zijn 25-jarig doctoraat in 1904 en van zijn 40-jarig professoraat in 1922 is hij gehuldigd en beide keeren is hem een gedenkboek aangeboden, waarin vrienden en leerlingen zijn werk en zijn laboratorium in bevattelijken vorm hebben beschreven.

Vele eeredoctoraten, lidmaatschappen en eerelidmaatschappen van geleerde genootschappen en andere onderscheidingen zijn hem te beurt gevallen, waarvan ik alleen de belangrijkste noem: het lidmaatschap der Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam (1883), het Commandeurskruis van den Nederlandschen Leeuw (1912), de Rumford-medaille (Londen, 1912), de Franklin-medaille (Washington, 1916), het lidmaatschap (Associé étranger) der Académie des Sciences te Parijs (1925), eeredoctoraten te Berlijn (1910) en te Delft (1919).

Tegen het einde van zijn loopbaan trof Onnes een zware slag, zijn oudleerling, collega en vriend Kuenen, die zijn opvolger had moeten worden, stierf in 1922 plotseling; hij werd opgevolgd door

W.H. Keesom. Toen Onnes aan het eind van den cursus 1923-1924 wegens het bereiken van den 70-jarigen leeftijd moest aftreden, volgde W.J. de Haas hem op.

Karakter.

Onnes heeft zich in zijn langen levenstijd in Nederland en daarbuiten zeer vele vrienden, maar geene vijanden gemaakt.

Over zijn aard en karakter heb ik in hetgeen voorafgaat hier en daar al iets opgemerkt. In den omgang was hij vriendelijk en hoffelijk, opgewekt en met zin voor humor begaafd, in zijn kritiek steeds opbouwend. Hartelijkheid en een groote waardeering voor het werk van zijn wetenschappelijke en technische medewerkers kenmerkte zijn omgang met hen; vreugde bij het welslagen der proeven, medeleven bij teleurstelling. Vooral wanneer door het springen van een buis bij voorbeeld het werk van vele dagen, soms van weken verloren was gegaan, was hij dadelijk ter plaatse, niet alleen om maatregelen ter voorkoming van een dergelijk ongeval te beramen, maar ook en vooral om den betrokkene moed in te spreken en hem tot volharden aan te sporen. Van Onnes' voortdurende zorg voor zijn medewerkers getuigt ook het uitgebreide en zorgvuldig uitgewerkte stelsel van veiligheidsmaatregelen, dat in het cryogeen laboratorium en de werkkamers door hem was ingevoerd om ongelukken te voorkomen.

De gastvrijheid van Onnes en zijn echtgenoote was in Leiden bekend en hun huis met den mooien grooten tuin aan den Haagweg, even buiten Leiden, leende zich daar uitstekend voor, vooral toen het in de latere jaren door een verbouwing aanmerkelijk vergroot was. Vele buitenlandsche geleerden hebben daar korter of langer tijd gelogeerd, de diners en avondontvangsten hebben bij allen, die het voorrecht hadden daar uitgenoodigd te worden, de aangenaamste, soms onvergetelijke herinneringen nagelaten.

Laatste jaren en dood.

In de hem nog blijvende levensjaren is Onnes in het laboratorium blijven werken; zijn gezondheid werd echter zwakker en zijn krachten namen zichtbaar af. Den 21sten Februari 1926 overleed hij na een kort ziekbed, oprecht betreurd door de geheele natuurkundige wereld en door ieder, die hem gekend had.

In Onnes heeft Nederland mogen bezitten een groot natuurkundige, een groot organisator en een voortreffelijk mensch.

Naschrift

De litteratuur is in dit opstel slechts zeer onvolledig geciteerd. Volledig kan men haar vinden in de Zittingsverslagen der Koninklijke Akademie van Wetenschappen (afd. Natuurkunde) te Amsterdam en in de reeds genoemde Communications en Supplements, die als verbeterde herdrukken van deze zittingsverslagen zijn te beschouwen. Verder bevatten de verslagen der Internationale Koudecongressen te Parijs (1908), Weenen (1910), Chicago-Washington (1913), Londen (1924) en Rome (1928) rapporten telkens over het werk verricht gedurende een periode tusschen 2 congressen. Bijna al deze publicaties zijn geschreven in streng wetenschappelijken vorm.

Lezers, die de voorkeur geven aan overzichten over het Leidsche werk in meer bevattelijken vorm, kan ik verwijzen naar de beide gedenkboeken: ‘Het Natuurkundig Laboratorium der Rijks-Universiteit te Leiden in de jaren 1882-1904’ (alleen antiquarisch te verkrijgen) en ‘Het Natuurkundig Laboratorium der Rijks-Universiteit te Leiden in de jaren 1904-1922’ (te verkrijgen bij de firma Martinus Nijhoff, Lange Voorhout, Den Haag); voorts naar twee verhandelingen, niet lang na Onnes' dood verschenen:

W.H. Keesom, Prof. Dr. H. Kamerlingh Onnes †. His lifework, the founding of the Cryogenic Laboratory; Physica, Maart 1926; Suppl. No. 57 en

C.A. Crommelin. Rapport sur l'ensemble des recherches de feu M. le professeur H. Kamerlingh Onnes aux températures de l'helium liquide; Rapports présentés etc. au 5ième Congr. Int. du Froid, Rome, avril, 1928; Suppl. No. 63 b.

In het Nederlandsch Historisch Natuurwetenschappelijk Museum te Leiden bevinden zich de volgende reliquieën van Onnes afkomstig:

de slingertoestel, waarmede hij de proeven voor zijn dissertatie verricht heeft, cf. p. 173 sqq.,

de eerste heliumliquefactor van 1908, cf. p. 193,

een deel van de batterij van glazen diffusie pompen, waarmede de

(toenmaals) laagste temperatuur 0.8 à 0.9° K bereikt is, cf. p. 197,

een der eerste cryostaten, waarbij nog niet van een vacuumglas gebruik is gemaakt, cf. p. 186,

klosjes van tin- en looddraad, waarmede proeven over de supergeleiders verricht zijn, cf. p. 196,

glazen buisje, waarin de (toenmaals) laagste temperatuur bereikt is, cf. p. 197,

de doctorale bul, cf. p. 173,

handschriften (dissertatie, drukproeven daarvan, uitgewerkte colleges, enz.),

brieven aan Onnes van beroemde natuurkundigen.