Home | Chr. Huygens | Oeuvres VII | Brontekst

Luchtpomp , hangend , bel , wijngeest , oorzaak , plaatjes , hevel

[ 201 ] | No 1899

### Christiaan Huygens aan J. Gallois

Juli 1672

De brief is gepubliceerd in Journal des Sçavans', 25 juli 1672 [p. 133-140, fig.].

Uit een brief van de Heer Huygens van de

Academie Royale des Sciences aan de Auteur van dit Journal,

over verschijnselen bij ontlucht water. 1)

Alvorens u mede te delen wat ik heb waargenomen betreffende het hangen van water in het luchtledige, heb ik de proefnemingen ervan willen herhalen om de opmerkingen die ik er eertijds over gemaakt heb te toetsen, & om te trachten de oorzaken te doorgronden van een zo verrassend effect. Ik zal u eerst relaas doen van mijn waarnemingen, & vervolgens zal ik overgaan tot de gissingen die ik heb gemaakt om ze te verklaren. De proeven die de beroemde heer Boyle aan het licht bracht in 1661 met de beschrijving van de luchtpomp 2), gaven me sedertdien aanleiding deze materie te onderzoeken. Bij een van deze proeven deed hij een glazen buis van vier voet, vol met water, in de klok of het vat waaruit men de lucht weghaalt, & het open einde van deze buis was naar beneden, ondergedompeld in ander water dat in een glas zat. Nadat hij de klok luchtledig gemaakt had, zoveel als mogelijk was met behulp van zijn apparaat, zakte het water van de buis in het glas, totdat er nog maar ongeveer de hoogte van een voet overbleef, terwijl het gehele bovenste van de buis leeg bleef, zonder water & lucht. Heel juist was hij van oordeel dat deze hoogte van een voet water — overgebleven boven het niveau van het water waarin het open einde was ondergedompeld — in hangende toestand bleef, omdat er in de klok een beetje lucht was gebleven dat de pomp niet had kunnen weghalen, bij gebrek aan nauwkeurigheid. Ik had een dergelijk apparaat laten bouwen; & hoewel ik nog niet zozeer op de hoogte was om er de verandering in aan te brengen die ik sinds die tijd toegepast heb, had ik toch een toestel dat zo nauwkeurig gemaakt was, dat ik bij het doen van dezelfde proef, die ik zojuist beschreef, al het water van de buis liet zakken, totdat het even hoog stond als dat van het glas waarin het open einde ondergedompeld was. Daarna had ik niet meer zulke lange buizen nodig om deze proef te doen. Ik nam er één van negen duim, met aan het eind een holle bol, zoals men ziet in deze figuur. 1) Huygens was met deze proef bezig gebleven sinds dec. 1661 [<], zie No. 937 [III, 432, eerste vermelding in brief aan Lodewijk H.]. [ Deze publicatie ook in Hist. de l'Ac. ed. 1730 (Mem. T. X) 529-536 (fig.); in het Latijn: Opera varia (1724) IV, 769; in het Engels: Phil. Trans. 86, 5027-30, 'An extract of a Letter of M. Hugens to the author of the Journal des Scavans of July 25. 1672. attempting to render the cause of that odd phaenomenon of the Quicksilvers remaining suspended far above the usual height in the Torricellian experiment'.] 2) Zie het werk genoemd in brief No. 863 New experiments Physico-Mechanicall, touching the Spring of the Air, and its Effects, etc. (1660) — Summary].

[ 202 ]

Men moet zich voorstellen dat glas CC geheel gevuld is met water & dat zijn open uiteinde ondergedompeld is in het water van het glas D. Boven beide is geplaatst het vat B, waarvan de opening gedrukt wordt tegen een of ander zacht cement [<], uitgespreid op de plaat AA, die doorboord is met een klein gaatje in het midden, waarlangs de lucht weggaat als men de pomp laat werken. Als ik dus vers water gebruikte, werd het gehele vat C geleegd totdat het even hoog stond als dat van het glas D. Proef I. Het water blijft hangen in een buis, zonder druk van de lucht. Maar tegen het eind van de maand december van hetzelfde jaar 1661, toen ik dit water gedurende 24 uur in het luchtledige had laten staan (wat het geheel zuivert van de luchtbellen die het afgeeft, als men het gebruikt wanneer het vers is) & toen ik de kolf C gevuld had, zag ik tot mijn verrassing dat — niettegenstaande het feit dat ik heel goed de lucht uit het vat B gehaald had — het water helemaal niet zakte uit de kolf, die volkomen vol bleef. Ik kon bijna niet veronderstellen dat er enig gebrek was aan mijn pomp, en ook niet dat het vat B slecht afgedicht was. Maar om daarover geheel opheldering te krijgen, nam ik het flesje C onder het vat vandaan, & na er een zeer klein luchtbelletje ingelaten te hebben, zette ik het terug als tevoren; & toen ik de pomp had laten werken, zag ik dat tenslotte al het water zakte tot zeer dichtbij het niveau van het water in glas D. Dit verzekerde me ervan dat er in het geheel geen fout was geweest in het apparaat, & dat het van lucht gezuiverde water bleef hangen zonder te zakken, hoewel vat B geheel luchtledig was, of althans even luchtledig als het was toen vers water zakte uit het flesje. Ik liet het water voor de tweede maal zakken, nadat ik in de hals van het flesje een belletje had binnen gelaten dat zo klein was dat het nauwelijks zichtbaar was. Proef II. Opmerkelijk bijverschijnsel in het zakken van ontlucht water. Maar een andere keer overkwam me iets opmerkelijks. En wel dat, zonder dat ik een luchtbel had binnengelaten, er zich één vormde onderaan de hals van het flesje aan de binnenkant, nadat ik de lucht uit de klok had weggehaald. Nadat deze bel geleidelijk aangegroeid was tot de grootte van een erwtje, maakte hij zich los van het glas & begon op te stijgen in de hals van het flesje. Maar toen hij aangekomen was op de hoogte van een duim boven het niveau van het water in glas D, steeg hij niet meer, maar breidde hij zich vandaar plotseling uit naar boven, & in een ogenblik nam hij het hele flesje in beslag, waarvan tegelijkertijd het water zakte in de kleine tussenruimte die overbleef tussen het binnenoppervlak van de hals & de bel die zich had uitgebreid, & het ging onder die hoogte van een duim, waar de bel begonnen was zich uit te breiden. Al deze zelfde dingen zag ik vervolgens gebeuren terwijl ik de proef deed met buizen van twee voet & meer, waarin het water bleef hangen evenals bij die van negen duim.

[ 203 ]

Ik deed een mededeling van deze proef 3) aan de heren van de Royal Society in Engeland, die het eerst niet wilden geloven, & mij berichtten [<] dat blijkbaar het water in het flesje niet helemaal gezakt was doordat de lucht niet goed uit de klok weggehaald was. Maar ik antwoordde hun dat er geen reden was om dat te veronderstellen, gezien het vervolg van de proef dat ik had aangeduid, & dat ik bovendien door de veelvuldige herhaling heel verzekerd was van de goede toestand van mijn apparaat [<]. In het jaar 1663 tenslotte, toen ik in Engeland was, deed men dezelfde proef in mijn tegenwoordigheid in de vergadering van de Royal Society, & met dezelfde uitkomst; hoewel de buizen van vier & van vijf voet waren. De heer Boyle bedacht daarna dat de proef gedaan kon worden zonder gebruikmaking van het apparaat, gewoon met kwikzilver, opgesloten in een glazen buis waarvan het open einde was ondergedompeld in ander kwikzilver, daar hij een middel gevonden had om het kwik volkomen van lucht te zuiveren gedurende 3 of 4 dagen. Tenslotte gelukte de proef, & terwijl bij de proef van Torricelli het kwik in de glazen buis zakt totdat er nog maar 27 of 28 duim*) overblijft boven het niveau van het kwik waarin de buis staat, liet de heer Boyle, & tegelijkertijd ook de heer burggraaf Brouncker, President van de Royal Society van Engeland, het kwik eerst hangen bij een hoogte van 34 duim, daarna bij 52, 55, & aan het eind bij een hoogte van 75 duim [<], terwijl de buis steeds vol bleef, en men weet nog niet tot hoever de grootst mogelijke hoogte kan gaan. De heer Boyle merkte ook op dat, toen de buis uit het kwikzilver werd genomen waarin het open einde ondergedompeld was, & vrij in de lucht gehouden werd zonder te zijn dichtgemaakt, het kwik niettemin in in de buis bleef hangen. Overigens gebeurde het bij deze proeven, evenals bij die welke met water gedaan worden, dat het minste luchtbelletje dat in de buis was voortgebracht, hetzij vanzelf, of door de schok die men hem gegeven had door tegen de buis te kloppen, het kwik plotseling deed zakken tot de gewone hoogte van 27 of 28 duim. 3) In juli 1662, zie No. 1033. [ *) 74 - 77 cm (de Franse duim was 2,7 cm). Zie No. 1171.] Proef III. Wijngeest gebruikt in plaats van water. Om terug te keren naar mijn proeven: ik heb ze niet alleen opnieuw gedaan met water, maar ook met de vluchtige stof van gedestilleerde wijn, & ik heb gevonden dat men deze wijngeest, om hem van lucht te zuiveren, slechts een uur lang in het luchtledige behoeft te laten staan, hoewel hij meer lucht voortbrengt dan water; zoals men kan opmaken uit de omstandigheden van deze bewerking, die ik u zal verhalen & die nogal aanmerkelijk zijn. Nadat het vat B bijna luchtledig gemaakt is met behulp van de pomp, ziet men dikke bellen uit de wijngeest komen & in zo grote hoeveelheid dat ze een deel ervan over de randen van het glas D doen stromen; wat eveneens gebeurt met water dat wat verwarmd is; maar niet met water dat men er gewoon koud in doet.

[ 204 ]

Dit geborrel vermindert langzamerhand; zodat men uit de wijngeest nog maar van tijd tot tijd een dikke luchtbel ziet komen, & op het laatst komt er helemaal niets meer uit. Toch is het zo dat de bellen die in de bol C zijn opgestegen, zozeer uitzetten dat ze deze geheel vullen, & bovendien de gehele lengte van de hals, zodanig dat alle wijngeest eruit verdreven wordt, & dat er zelfs verscheidene dikke luchtbellen door de opening van de hals naar buiten gaan. Wat duidelijk aangeeft dat er lucht is in de bol, of een of andere materie die vering geeft zoals de lucht, daar ze de wijngeest verdrijft tot beneden het oppervlak van die in het glas D. Als men dan ook de lucht weer in het vat B laat komen, & de wijngeest daardoor weer opstijgt in de bol C, ziet men dat hij de bol niet geheel vult, maar dat er bovenin een vrij grote luchtbel blijft. Proef IV. Lucht die uit wijngeest is gekomen & uit water, gaat er weer in terug. Maar wat hierbij opmerkelijk is: na deze bel zo te hebben laten rusten gedurende een uur of twee, heb ik altijd bevonden dat hij verdwijnt & terug gaat in de wijngeest waaruit hij gekomen was. Ik heb ook ondervonden dat, nadat ik vervolgens een bel van echte lucht erin had doen gaan, ter grootte van een erwt, hij eveneens weg was nadat ik hem er een nacht in had gelaten. Hetzelfde gebeurt bovendien in water, maar het kost veel meer tijd om de bel te laten verdwijnen. [ Oorzaak.] Wat betreft de oorzaak van ons voornaamste verschijnsel, namelijk het hangen van water & van kwik, geef ik hier hetgene dat ik mij tot nu toe als het meest waarschijnlijke heb kunnen inbeelden. Behalve de druk van de lucht, die het hangende kwik op een hoogte van 27 duim houdt in de proef van Torricelli, & waarvan we overtuigd zijn door onnoemelijk veel andere effecten die we zien, is er naar mijn opvatting nog een andere druk, sterker dan de eerste, van een materie subtieler dan lucht, die zonder moeite doordringt in glas, water, kwik & en alle andere lichamen die we als ondoordringbaar voor lucht beschouwen. Als deze druk gevoegd is bij die van de lucht, is hij in staat de 75 duim kwik & misschien nog meer te ondersteunen, zolang hij alleen tegen het onderste oppervlak werkt, of tegen dat van het kwik waarin het open einde van de buis is ondergedompeld. Maar zodra hij ook aan de andere kant kan werken (wat gebeurt wanneer men, door tegen de buis te kloppen of er een luchtbelletje in te laten gaan, aan deze materie de mogelijkheid geeft zijn werking te beginnen) wordt zijn druk aan beide kanten gelijk, zodanig dat er alleen nog maar de druk van de lucht is, die het kwik op de gewone hoogte van 27 duim houdt. Om dezelfde reden gebeurt het bij de proef met het ontluchte water, nadat men de druk van de lucht heeft weggenomen door de klok B leeg te maken, dat deze andere druk van dezelfde materie nog als tevoren op het wateroppervlak in glas D werkt, & dat deze zo het water dat in het flesje C is belet te zakken. Maar wanneer het minste luchtbelletje in dit flesje komt, doet de materie die ik zojuist noemde, die door glas & water heengaat, dit belletje plotseling zwellen, & doordat een druk uitgeoefend wordt gelijk aan die welke werkt aan de andere kant, op het oppervlak van het water in glas D, loopt al het water van het flesje weg & komt het op gelijk niveau te staan met dat in het glas.

[ 205 ]

Men zal vragen waarom het water hangend in het flesje C, & en het kwik in de buis van de heer Boyle, de druk van deze materie helemaal niet voelen, zelfs terwijl die vaten nog vol zijn, daar ik immers verondersteld heb dat deze materie zonder moeite doordringt in glas, evenzeer als in water & kwik? En waarom de deeltjes van deze materie niet samengaan & beginnen te drukken, daar ze immers komen & gaan over de gehele omvang van het water & van het kwik, & daar het glas hun verbinding met die van buiten helemaal niet verhindert? Om deze moeilijkheid, die inderdaad zeer groot is, te verhelpen, kan men zeggen: hoewel de deeltjes van de veronderstelde materie doorgang vinden tussen die welke het glas, het water, & het kwikzilver samenstellen, vinden ze er niet voldoende ruimte om er met meer tegelijk door te gaan, en ook niet om er zich te roeren met de kracht die nodig is om de deeltjes van het kwikzilver of van het water uiteen te doen gaan, want die hebben enige binding met elkaar. En deze zelfde binding maakt — ook al wordt aan de kant van het binnenoppervlak van het glas dat het hangende water of kwik raakt, tegen verscheidene van hun delen gedrukt door deeltjes van deze materie — toch — omdat er ook heel veel zijn die helemaal geen druk voelen van de delen van het glas waarachter ze zich bevinden — dat ze elkaar vasthouden, & ze blijven allemaal hangen doordat er veel minder druk is op het oppervlak van het water of het kwikzilver dat aan het glas grenst, dan op het benedenoppervlak, dat geheel is blootgesteld aan de werking van de materie die deze tweede druk maakt. Ik beken dat de oplossing die ik zojuist gegeven heb, me niet zo volledig bevredigt dat er voor mij geen enkel bezwaar meer overblijft; maar dat neemt niet weg dat ik zeer verzekerd ben van de nieuwe druk die ik verondersteld heb naast die van de lucht, zowel wegens de proeven waarvan hierboven verslag is gedaan, als wegens twee andere die nu volgen.

Proef V.
Twee gepolijste metalen plaatjes blijven in het luchtledig stevig aan elkaar gehecht
zonder dat er iets tussen is.

Wanneer twee plaatjes van metaal of van marmer, waarvan de oppervlakken volmaakt vlak zijn, op elkaar gedrukt worden, houden ze elkaar vast, zodat als het bovenste opgetild wordt, het onderste dit volgt zonder het los te laten: & met reden schrijft men de oorzaak toe aan de druk van de lucht tegen hun twee buitenoppervlakken. Ik heb twee plaatjes, beide maar een duim in het vierkant, die gemaakt zijn van het materiaal waarvan men eertijds spiegels maakte, & die zich zo goed aaneenvoegen, dat, zonder dat men er iets tussen doet, het bovenste niet alleen het andere ophoudt, maar soms ook nog drie pond lood die vastgemaakt zijn aan het onderste, & ze blijven in deze toestand zo lang als men wil. Nadat ik ze zo aaneengevoegd had & beladen met drie pond, heb ik ze opgehangen in de klok van mijn apparaat, & ik heb de lucht er uitgehaald totdat er niet genoeg over was om, door de druk ervan, slechts een duim waterhoogte op te houden: & niettemin zijn mijn plaatjes niet van elkaar afgegaan. [ T. 19, p. 332, figuur: 2 plaatjes met haken. Zie J. C. Scaliger over twee koperplaatjes van Dürer, in Beeckman, Journal, T. 1, p. 281, en Zucchi over een koperplaatje op een marmeren tadelblad hier.]

[ 206 ]

Ik heb dezelfde proef ook gedaan terwijl ik wijngeest tussen de twee plaatjes had gedaan, & ik heb bevonden dat ze in de klok waar de lucht was uitgehaald, zonder uiteen te gaan, hetzelfde gewicht ophielden als toen deze vol lucht was. Het schijnt me toe dat dit vrij duidelijk aangeeft dat er een vrij grote druk moet blijven in de klok nadat er lucht uit verwijderd is, & dat er evenmin reden is om deze in twijfel te trekken als de druk van de lucht zelf. Maar er is nog meer bevestiging, als volgt. Proef VI. Hevelwerking gebeurt in het luchtledige. U weet dat de werking van een hevel met ongelijke benen, waarmee men water uit een vat haalt over de randen heen, niet meer wordt toegeschreven aan de vlucht voor het ledig, maar aan het gewicht van de lucht die door op het oppervlak van het water in het vat te drukken, het doet opstijgen in de hevel, terwijl het aan de andere kant zakt door zijn zwaarte. Ik heb een manier gevonden om het water van de hevel te laten lopen nadat de klok luchtledig gemaakt was, & ik heb gezien dat hij met ontlucht water zijn werking deed evenals buiten de klok. Het kortste been van de hevel was acht duim; & de opening twee lijn*). En men moet niet in twijfel trekken of de klok goed luchtledig gemaakt is, want ik kan me ervan verzekeren, zowel omdat ik zie dat er helemaal geen lucht meer door de pomp komt, als door andere bewijzen die nog zekerder zijn. Dit is dus nog een bevestiging van onze hypothese van een drukkende materie subtieler dan lucht. En als men zich de moeite geeft om na te gaan tot hoever de kracht van deze druk gaat — wat niet beter gedaan kan worden dan door de proef voort te zetten met buizen vol met kwik, nog langer dan die welke de heer Boyle gebruikt heeft — zal men misschien vinden dat deze kracht groot genoeg is om de verbinding te veroorzaken van de delen van glas & van andere soorten lichamen, die te goed aan elkaar vastzitten dan dat ze slechts samengevoegd zijn door aangrenzende ligging & door rust, zoals de heer Descartes heeft beweerd. [ *) 1 lijn = 1/12 duim.] [ Zie T. XIX, p. 214, 242.] Alice Stroup, 'Christiaan Huygens & the Development of the Air Pump', Janus 68 (1981) 129-158. Huygens gebruikte deze verklaring van het verschijnsel nog in Discours de la cause de la pesanteur, 1690 (Ned.):
een onzichtbare materie die weegt daar waar helemaal geen lucht is; omdat deze er immers het water ondersteunt dat hangt in een glazen buis, waarvan het open einde is ondergedompeld in ander water.
Een te simpele verklaring is die met waterdamp en gebrekkige pompen: Michael Nauenberg, 'Solution to the long-standing puzzle of Huygens' "anomalous suspension"', in Archive for History of Exact Sciences, 69 (2015), p. 327-341.
To support the weight of a 4-foot column of airless water, including the effect of water vapor, requires a residual air pressure greater than .15 of atmospheric pressure which evidently must have been the limit reached by the early rudimentary vacuum pumps.
(Verzadigingsdruk van waterdamp: 6 cm waterdruk bij 0 °C; 12 cm bij 10 °C; 23 cm bij 20 °C.) Huygens' eerste pomp bracht gepurgeerd kwik al tot "een halven duijm of weijnigh min" vanaf het onderste kwik (T. 17, p. 327), dus zo'n 15 cm waterdruk; en gepurgeerd water tot een duim vanaf het onderste water (misschien was de temperatuur ca. 10 °C) en hij had gevonden dat lauw water meer zakt dan koud water. Nauenberg deed wel zelf een experiment met gepurgeerd water, maar het is niet overtuigend genoeg voor zijn 'oplossing' (of liever opblazing) van de puzzel: hij nam "water previously boiled to release some of the dissolved air", maar bij Huygens "Had het noch een dagh te purgeren gestaen" (p. 325). Verder vermeldt Nauenberg in noot 9 zonder commentaar: "Claims were also made for anomalous suspension of mercury, e.g., Boyle and Brouncker reported that well-purged mercury would stand at a height of 52 in. without using an air-pump (Shapin and Schaffer 1985d, p. 254)." T. 4, p. 439-440: Boyle haalde met kwik 75 inch, in een dunne buis. Juiste opmerking in een prachtig essay over een complex onderwerp: Harvey R. Brown, 'The theory of the rise of sap in trees: some historical and conceptual remarks', arXiv (2014), p. 15:
In 1661, Christian Huygens realised that water could exist metastably at a pressure lower than vapour pressure. Aware of Huygens' discovery, Robert Boyle in 1663 showed that mercury could stick to the glass in a barometer and support a tension of two atmospheres. These phenomena were known to Thomas Young and Pierre-Simon Laplace, who independently at the start of the 19th century were to develop theories of surface tension and cohesion of liquids.66) M. F. Donny's 1846 experiments and observations on the tensile nature of liquids were similar to those of Huygens and Boyle, but it seems Donny was unaware of these precedents. In fact the history of the science of liquids under negative pressure appears to be one of repeated rediscovery.67) 66) For an account of their work, particularly related to capillarity, see Rowlinson (2002). 67) Details of the early work in the field can be found in Kell (1983)."
- T. Young, 'An essay on the cohesion of fluids', Phil. Trans. 95 (1805) 65-87. - P.-S. Laplace, 'Sur la théorie des tubes capillaires', Jour. Physique 62 (1806) 120-8, Oeuvres, t. xiv (1912), 217-227. - Idem, 'Supplément au 10me livre du Traité de mécanique céleste. Sur l'action capillaire', 1806 (W). - M. F. Donny, 'On the cohesion of liquids and their adhesion to solid bodies', Philosophical Magazine Series 3, 28: 187 (1846), 291-294. - George S. Kell, 'Early observations of negative pressures in liquids', in American Journal of Physics 51 (1983), 1038-1041. (Abstract). - J. S. Rowlinson, Cohesion. A Scientific History of Intermolecular Forces (2002, 2005), p. 83. [ Ander werk van Harvey R. Brown (& Simon Saunders) in: The Philosophy of Vacuum, 1991 (inhoud), 2002.]

Home | Christiaan Huygens | VII | Ontlucht water .. hangend in vacuüm (top)