Kamerlingh Onnes, Heike (1853-1926)

 
English | Nederlands

KAMERLINGH ONNES, Heike (1853-1926)

Kamerlingh Onnes, Heike, natuurkundige (Groningen 21-9-1853 - Leiden 21-2-1926). Zoon van Harm Kamerlingh Onnes, eigenaar van een dakpannenfabriek, en Anna Gerdina Coers. Gehuwd op 8-9-1887 met Maria Adriana Wilhelmina Elisabeth Bijleveld. Uit dit huwelijk werd l zoon geboren. afbeelding van Kamerlingh Onnes, Heike

Kamerlingh Onnes groeide op in een gezin waarvan de ouders veel waarde hechtten aan eruditie en verfijnde culturele opvoeding. Een van zijn broers was de schilder Menso Kamerlingh Onnes, wiens zoon Harm de latere bekende portretschilder (o.a. de portretten van prof. P. Ehrenfest en mevrouw T. Ehrenfest-Afanassjewa) zou worden en de maker van de herdenkingsramen in het Kamerlingh Onnes Laboratorium betreffende de ontdekking van het Zeeman-effect. Zijn zuster was getrouwd met de Leidse schilder Floris Verster. Heike doorliep de HBS in Groningen, waar J.M. van Bemmelen - de latere hoogleraar scheikunde in Leiden - directeur was. Na een aanvullende cursus Latijn en Grieks te hebben gedaan, begon Kamerlingh Onnes in 1870 in zijn geboortestad zijn universitaire studie in de wis- en natuurkunde. Hij nam actief deel aan het studentenleven: in 1876 was hij bijv. rector van het studentencorps. In die kwaliteit was hij namens de studenten nauw betrokken bij de onderhandelingen met de regering, die het plan koesterde de Groninger universiteit op te heffen, maar daar ten slotte toch van afzag. Deze activiteiten wist hij uitnemend met zijn studie te combineren. Zo verwierf hij in 1871 een gouden en in 1872 een zilveren medaille voor prijsvragen van de universiteiten van resp. Utrecht en Groningen. In die zelfde periode bracht hij drie semesters door in Heidelberg bij R.W. Bunsen en later bij G.R. Kirchhoff, in wiens laboratorium hij een van de twee beschikbare assistents-plaatsen kreeg, nadat hij de Seminarpreis van die universiteit had gewonnen. Kirchhoff stimuleerde hem een onderzoek te beginnen over Foucault-slingers, en dit onderwerp leidde later tot dat van zijn proefschrift. Na terugkeer in Groningen zette hij zijn studie voort onder leiding van R.A. Mees. In 1876 legde hij het doctoraal examen af en op 10 juli 1879 promoveerde hij bij Mees, magna cum laude, op een proefschrift, getiteld: Nieuwe bewijzen voor de aswenteling van de aarde.

Al vóór zijn promotie was Onnes in 1878 in Delft aangesteld als assistent van J. Bosscha, directeur van de toenmalige Polytechnische School (de latere th). In 1880/1881 nam hij de colleges waar voor J.A. Snijders C. Jz. en het volgende jaar voor Bosscha. Gedurende deze tijd had hij nauw contact met de fysicus J.D. van der Waals sr. in Amsterdam, die hem inleidde in de problemen van de theorie der gassen en vloeistoffen, een contact, dat een grote invloed had op heel zijn latere werk.

Toen in 1882 de Leidse hoogleraar in de natuurkunde, P.L. Rijke, met emeritaat ging, werd Kamerlingh Onnes, op 28-jarige leeftijd, tot zijn opvolger benoemd, met als opdracht, als eerste in ons land, de experimentele natuurkunde (en de meteorologie). Zijn collega proximus werd H.A. Lorentz, die zich sterk had ingespannen om hem naar Leiden te krijgen en reeds sinds 1877 de Leidse leerstoel in de theoretische natuurkunde bezette.

Kamerlingh Onnes leefde in een tijd waarin zijn vak in sterke ontwikkeling en verandering verkeerde. Sinds het werk van o.a. J.C. Maxwell had het mechanistische wereldbeeld langzamerhand zijn betekenis verloren. Daarnaast kwam geleidelijk, onder meer door het werk van L. Boltzmann en Van der Waals, het inzicht in de moleculaire structuur van de materie naar voren, en daaraan zou ook Kamerlingh Onnes zijn bijdrage leveren. Het werk van Henri Becquerel en het echtpaar Curie wierp een geheel nieuw licht op de structuur van de materie, terwijl de ideeën van Max Planck, Lorentz, Albert Einstein e.a. in vele gebieden van de natuurkunde begonnen door te dringen. De proefondervindelijke natuurkunde zou een steeds grotere rol gaan spelen. Onnes zinspeelde daar op in zijn inaugurele rede op 11 november 1882, getiteld: De beteekenis van het quantitatief onderzoek in de natuurkunde. Hij merkt hierin o.a. op dat hij als zinspreuk boven elk fysisch laboratorium zou willen schrijven: 'Door meten tot weten.'

Als eerste taak stelde hij zich een experimentele steun te geven aan het theoretische werk van Van der Waals. Uit diens theorie volgde onder andere de zg. wet van de overeenstemmende toestanden, volgens welke alle gassen zich op overeenkomstige wijze gedragen. Onafhankelijk van Van der Waals was Onnes langs andere weg tot dezelfde conclusie gekomen. Voor dit onderzoek was het nodig de eigenschappen van gassen te bestuderen over een groot temperatuurgebied, te beginnen niet ver boven het kookpunt van de gecondenseerde fase. Dit moesten gassen zijn met eenvoudige moleculen, die dientengevolge een lage kookpuntstemperatuur hebben. Deze lage temperaturen waren sinds het werk van L.P. Cailletet in Chatillon-sur-Seine en R. Pictet in Genève, die er in 1877 in waren geslaagd lucht vloeibaar te maken, beschikbaar. In het eerste decennium werden nu toestellen ontwikkeld om de bij - 194,5°C (78,6K) kokende lucht (van normale samenstelling) in voldoend grote hoeveelheden beschikbaar te krijgen. Gebruik werd gemaakt van de zg. cascademethode, waarbij achtereenvolgens werden vloeibaar gemaakt: chloormethyl, aethyl-een (tegenwoordig aetheen genoemd), zuurstof en lucht, die respectievelijk elk bij een telkens lagere temperatuur koken. Onderweg werden al tal van onderzoekingen bij de dan bereikte temperaturen verricht.

Het toestel voor het verkrijgen van vloeibare lucht was gereed in 1892. In het gedenkboek t.g.v. het 40-jarig hoogleraarschap van Kamerlingh Onnes merkt Lorentz naar aanleiding van het gedenkboek bij Onnes' 25-jarig doctoraat in 1904 op: 'De inhoud was rijk en veelzijdig en menig natuurkundige zou zich erover verheugen, zoo hij aan het einde zijner loopbaan op onderzoekingen van den omvang en de beteekenis der in het boek beschrevene kon terugzien. Maar in de volgende jaren bleek dit alles slechts het voorspel te zijn geweest tot hooger vlucht, waardoor uitkomsten en gezichtspunten werden bereikt, van welke aanvankelijk de stoutste verbeelding niet had kunnen droomen.' (p. 3.)

Voor het voortzetten van het werk, om ook waterstof vloeibaar te maken, moesten diverse moeilijkheden worden overwonnen. Zo verbood het Leidse gemeentebestuur gedurende enige tijd het gevaarlijke werken met gecomprimeerde gassen, dat n.b. werd verricht in een laboratorium vrijwel op de plaats waar in 1807 het kruitschip in de lucht was gevlogen. Een commissie van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen, gesteund door enkele buitenlandse onderzoekers op dit gebied, wist echter de overheid ervan te overtuigen dat voortzetting van het werk verantwoord was. In 1905 was een eerste toestel voor het vloeibaar maken van waterstof (kookpunt 20,4 K) gereed en in 1906 een verbeterde versie, die een paar liter vloeistof per uur kon geven. En op 10 juli 1908 slaagde Kamerlingh Onnes er als eerste in, gebruik makende van de wet van de overeenstemmende toestanden, ook helium (kookpunt 4,2 K) vloeibaar te maken (zie Communication... nr. 108 voor het spannende verslag van deze gedenkwaardige dag).

Omstreeks deze tijd had Kamerlingh Onnes een grote bekendheid en erkenning verworven - dat blijkt duidelijk uit hetgeen te lezen valt in het na zijn dood verschenen gedenkboek. Treffend is dan hoezeer bij hun terugblik de auteurs genegenheid en waardering uitspreken voor Onnes' warmte en vriendschap naast bewondering voor wat hij wetenschappelijk had bereikt. In 1908 had de voorzitter van het eerste congres over koeltechniek hem al de eervolle en duidelijk waarderende bijnaam: 'Gentleman du zéro absolu' gegeven.

Onnes was een uitstekend wiskundige, zoals Lorentz eens opmerkte, en bezat volgens Van der Waals de eigenschap, zoals volgens hem bij vele Nederlandse fysici in die tijd het geval was, om in de natuurkunde de wiskunde veelvuldig toe te passen en onder meer een frequent gebruik te maken van grafische voorstellingen, ook driedimensionale.

Dat hij, ondanks een zwakke gezondheid, zoveel tot stand heeft gebracht, dankte hij onder meer aan de voortdurende toegewijde steun en zorg van zijn vrouw. Voorts was zijn systematische wijze van werken, zonder verwaarlozing van details, zeer belangrijk. Hierop berustte o.a. de snelle constructie van de heliumliquefactor. Ook zijn organisatorische kwaliteiten, o.m. blijkend uit de later te noemen stichting van de Leidse Instrumentmakersschool, dienen hier te worden genoemd. Hij had bovendien een grote werkkracht, die hem bijvoorbeeld in de primitieve beginperiode zeer te stade kwam (zo was voor een elektrische lamp een batterij Bunsenelementen nodig, die iedere dag onder zijn persoonlijk toezicht uit elkaar genomen en weer samengesteld moest worden; het heliumgas werd verkregen door stoken uit monazietzand). In verband met zijn zwakke gezondheid heeft Lorentz geruime tijd de colleges voor jongerejaars van Onnes overgenomen.

Kamerlingh Onnes' onderzoekingen zijn verricht in een groot temperatuurgebied, tussen kamertemperatuur en de temperatuur van vloeibaar helium, die, door het helium onder een lagere druk te laten koken, tot ongeveer 1,5 K kon worden verlaagd. Oorspronkelijk hadden deze vrijwel alle te maken met de eigenschappen van gassen en vloeistoffen en werden ze verricht ter bevestiging van de resultaten van de theoretische onderzoekingen van Van der Waals en voor het bepalen van de temperaturen met een gasthermometer. Aangezien de theoretische toestandsvergelijking (samenhang druk; p, temperatuur, T, en volume, v) van Van der Waals kwalitatief wel, maar kwantitatief niet een goede overeenstemming gaf met de metingen, trachtte Onnes met een experimentele wet tot betere resultaten te komen. De gekozen vorm, met 25 constanten, gaf echter niet wat Onnes had gehoopt. Slechts het begin, pv=RT(1+B/v) voor 1 mol van een gas, waarin R de gasconstante is en B nog van de temperatuur afhangt, wordt tot heden gebruikt. Met B, de 'tweede viriaalcoëfficiënt', worden de afwijkingen van de ideale gaswet gekarakteriseerd. Ook verrichtte Onnes samen met zijn leerling, na 1907 collega, J.P. Kuenen onderzoekingen aan gasmengsels.

Geleidelijk werden door Kamerlingh Onnes en zijn medewerkers eveneens onderzoekingen uitgevoerd op andere gebieden, zoals die waarop Lorentz werkte. Een van de belangrijkste resultaten betrof het gedrag van de elektrische weerstand van metalen bij lage temperaturen. Er bestonden volgens Onnes twee mogelijkheden: ofwel de elektrische weerstand zou bij zeer lage temperaturen tot nul naderen, ofwel deze zou, na door een minimum te zijn gegaan, ten gevolge van het bevriezen van de elektriciteitsdragers, de elektronen, op de ionen van het rooster, onbeperkt groeien en de metalen zouden zich als isolatoren gaan gedragen. Bij platina en goud werd gevonden dat de weerstand naderde tot een constante waarde, ongelijk aan nul. Daarna, in 1911, werd de weerstand gemeten van het zeer zuivere kwik. Hier werd bij een bepaalde temperatuur, later sprongpuntstemperatuur genoemd, de weerstand plotseling nul. Deze supergeleiding (oorspronkelijk suprageleiding genoemd) is een van de merkwaardigste door Onnes en medewerkers ontdekte eigenschappen van de metalen. Pas in 1957 hebben J. Bardeen, L.N. Cooper en J.R. Schriener hier een verklaring voor kunnen geven. Onnes' hoop met supergeleidende spoelen, waarin geen warmte-ontwikkeling zou plaats vinden en aan welker uiteinden geen potentiaalverschil zou bestaan, sterke magneetvelden te kunnen maken, bleek echter al spoedig ijdel. Want in een vrij zwak magnetisch veld, en hiermee samenhangend, bij het doorgaan van een matige elektrische stroom, werd de supergeleidende toestand weer verstoord. Bij elke temperatuur beneden het sprongpunt behoort een magnetisch veld, het drempelveld, waarbij de weerstand weer terugkomt. Dit veld is nul bij het sprongpunt en neem toe bij daling van de temperatuur. Pas vele jaren later zijn legeringen gevonden die in de supergeleidende toestand veel sterkere magnetische velden kunnen verdragen en die dus wel kunnen worden gebruikt voor het maken van sterke elektromagneten. Veel onderzoekingen over de bij een aantal metalen voorkomende supergeleiding werden door Onnes verricht samen met zijn assistenten W. Tuyn en G.J. Sizoo.

Een andere belangrijke groep onderzoekingen van Kamerlingh Onnes, o.a. samen met H.R. Woltjer uitgevoerd, betrof de magnetische eigenschappen van een aantal verbindingen. Hierbij gaven metingen van Woltjer een bevestiging van de theorie van P. Langevin. Deze resultaten waren van fundamenteel belang als bevestiging van de opvatting over de statistische natuur van de warmtebeweging en het temperatuurbegrip.

Tot 1923 was het Leidse laboratorium de enige plaats waar helium vloeibaar kon worden gemaakt en derhalve zeer lage temperaturen (tot ruim 1 K) konden worden bereikt. Daardoor kwamen er steeds vele bezoekers naar Leiden om, van de gastvrijheid van Kamerlingh Onnes gebruik makend, onderzoekingen op velerlei gebieden te verrichten. Slechts enkelen mogen hier worden genoemd: Eve Curie (radioactiviteit), L. Vegard (noorderlicht), Henri en Jean Becquerel (absorptiespectra en Faraday-effect), E. Mathias (rechtlijnige diameters), P. Weiss (magnetisaties), J. E. Verschaffelt (thermodynamische eigenschappen).

De ruim vijftien jaar van alleenheerschappij in het gebied van de zeer lage temperaturen is door Onnes en zijn medewerkers goed gebruikt voor onderzoekingen over zeer veel fysische eigenschappen. Toen ook elders, eerst in Toronto, later in Berlijn en andere plaatsen, in dit gebied kon worden gewerkt, kon zeer dikwijls worden voortgebouwd op resultaten die al in Leiden waren verkregen.

Onnes besefte de grote betekenis van de lage temperaturen voor het dagelijks leven, waarbij is te denken aan conserveren en transporteren van levensmiddelen, ijsproduktie, enz. In de openingsbijeenkomst van het eerste internationale congres over koeltechniek in 1908 te Parijs stelde hij de oprichting voor van een internationale organisatie voor koeltechniek met als doel: '... réunir toutes les intelligences qui s'intéressent aux basses temperatures.' Naast technische vraagstukken dienden ook fundamentele wetenschappelijke problemen te worden bestudeerd. Tot zijn dood was hij bestuurslid van het Institut International du Froid en voorzitter van de wetenschappelijke commissie ervan. Voorts werd hij voorzitter van de Nederlandsche Vereeniging voor Koeltechniek, die op zijn instigatie op 23 september 1908 werd opgericht.

Onnes' grote sociale bewogenheid en verantwoordelijkheid kwamen ook tot uitdrukking in de door hem in 1901 opgerichte, belangrijke 'Vereeniging tot Bevordering van de Opleiding tot Instrumentmaker'. Hierbij organiseerde hij de werkplaatsen van zijn laboratorium tot een school, de Leidse Instrumentmakersschool, waar de leerlingen een zeer gedegen opleiding tot instrumentmaker, glasblazer (en na 1928 ook tot glasslijper) ontvingen. Daarnaast moesten deze leerlingen op een avondschool (van het Genootschap Mathesis Scientiarum Genitrix) een theoretische cursus op MTS-niveau volgen. De vereniging kon verder examens in de praktische vakken organiseren. Deze examens vormden een belangrijke stimulans voor de ontwikkeling dezer vakken in ons land. Ook van deze vereniging zou Onnes tot zijn dood voorzitter zijn. Bij de diverse activiteiten, constructie van liquefactoren, organisatie van de school en de examens mag de naam van G.J. Flim, chef van de cryogene afdeling, als rechterhand van Kamerlingh Onnes niet onvermeld blijven.

Kamerlingh Onnes' wetenschappelijke verdiensten vonden allerwege erkenning. Al vóór zijn 30ste jaar was hij lid van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen. Hij was corresponderend lid of erelid van tal van andere academies, instituten en verenigingen in binnen- en buitenland. In 1913 ontving hij de Nobelprijs: 'or his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia, to the production of liquid helium.' Hij was eredoctor in Berlijn en Delft en ontving een aantal buitenlandse medailles en prijzen. Naast deze wetenschappelijke onderscheidingen vielen hem vele binnen- en buitenlandse eretekenen ten deel.

A: Collectie-Kamerlingh Onnes in Rijksmuseum voor de Geschiedenis van de Natuurwetenschappen en van de Geneeskunde, 'Museum Boerhaave', te Leiden.

P: Vrijwel alle publikaties in Communications from the Physical Laboratory of the University of Leiden dl. l t/m 17. Bijna alle zijn overdrukken van publikaties in de Proceedings of the Royal Academy of Sciences te Amsterdam en in de Verslagen van de vergaderingen en van overzichtsartikelen van het meeste werk in de Repons and communications, die bij de vergaderingen van de eerste commissie van het 1.1.F. werden aangeboden.

L: Het Natuurkundig Laboratorium der Rijksuniversiteit te Leiden in de jaren 1882-1904. Gedenkboek aangeboden aan... H. Kamerlingh Onnes... [red. W.H. Julius] (Leiden, 1904); Het Natuurkundig Laboratorium der Rijksuniversiteit te Leiden in de jaren 1904-1922. Gedenkboek aangeboden aan H. Kamerlingh Onnes... op II November 1922 [red. C.A. Crommelin] (Leiden, 1922); In memoriam Heike Kamerlingh Onnes (Leiden, 1926]; E. Cohen, 'Kamerlingh Onnes Memorial Lecture', in Journal of the chemical society 129 (1927) 1193-1209. Catalogus [van de] tentoonstelling H. Kamerlingh Onnes, 1853-1953 [gehouden in het] Rijksmuseum voor de Geschiedenis der Natuurwetenschappen te Leiden, 20 juni-30 augustus 1953 (Leiden, 1953); J. Clay, 'Psychologie van twee genieën (Lorentz en Kamerlingh Onnes)', in Elseviers Weekblad, 4-7-1953; H. J. de Boer, 'Prof. H. Kamerlingh Onnes', in Vrij Nederland, 19-9-1953; H.N. de Lang, 'Heike Kamerlingh Onnes', in Intermediair 16 (1980) 38 (19 september) 27 e.v; Dirk van Delft, Jacht op het absolute nulpunt. Ontdekkingsreizen in de wereld van de zeer lage temperaturen (Amsterdam 2008).

I: Website Koninklijke Bibliotheek: www.kb.nl/hkc/nobel/onnes/onnes.html [Foto: Museum Boerhaave] [15-5-2007].

J. van den Handel


Oorspronkelijke versie opgenomen in: Biografisch Woordenboek van Nederland 2 (Den Haag 1985)
Laatst gewijzigd op 12-11-2013