Wakker liggen van de tram

Voor onderhoudende experimenten heb je niet per se een groot laboratorium nodig. De sterkte van het aardmagnetisch veld meet je al met een multimeter, koperdraad en een pot pindakaas.

Op de hoek van de Westersingel en de Kraneweg, verscholen achter geparkeerde auto’s, staat het voormalig Natuurkundig Laboratorium. Van een afstandje doet het een beetje denken aan het Rijksmuseum. Of anders aan het Hoofdstation. De muren zijn opgetrokken uit kleine, felrode baksteentjes. Smalle, hoge ramen laten het licht binnen. Op één hoek zit een torentje met uitzicht over het straatverkeer.

Het laboratorium werd rond de vorige eeuwwisseling gebouwd voor professor Herman Haga (1852 - 1936), hoogleraar natuurkunde en meteorologie. Haga wilde aan de Kraneweg onderzoek doen naar het aardmagnetisch veld – de reden dat een kompas min of meer naar het noorden wijst. Om storende invloeden te voorkomen, werd bij de bouw van het natuurkundelab geen ijzer gebruikt. Scharnieren en sloten, t-balken, trapleuningen en muurankers werden in koper uitgevoerd. Wel jammer dat de gemeente Groningen een paar jaar na de voltooiing een elektrische tram aanlegde over de Kraneweg. De stroom van de bovenleidingen veroorzaakte zulke sterke magneetvelden dat alleen ’s nachts metingen gedaan konden worden, als alle trams naar de remise waren.

Het verhaal van Haga is door Willem Frederik Hermans opgetekend in De Laatste Roker. “’s Nachts in bed kon die professor de slaap niet vatten, als hij eraan dacht hoe hij met zijn studenten nauwkeurige metingen zou doen […] Metingen met […] apparaten zo verfijnd als tot dusverre geen enkele andere onderzoeker ze nog bezeten had.”

Het had eenvoudiger gekund. De sterkte van het aardmagnetisch veld kun je thuis in de keuken meten met vier onderdelen: een stuk geïsoleerd koperdraad, een 9 volt batterij, een kompas en een eenvoudige multimeter (5 euro in de bouwmarkt).

De truc is dat je van het koperdraad een magneetspoel maakt die je precies dwars op de richting van het magneetveld van de aarde legt. Oost-west dus. Als je het kompas in de spoel legt en daarna a) het stroomverbruik van de spoel en b) de uitslag van het kompas meet, kun je met twee eenvoudige rekensommen de sterkte van het aardmagnetisch veld becijferen.

Hoe zit dat? Het magneetveld van de aarde ‘trekt’ de kompasnaald naar het noorden. Het magneetveld van de spoel trekt de naald juist in westelijke (of oostelijke) richting. Uit de hoek van de kompasnaald kun je de verhouding in de sterkte van de twee magneetvelden afleiden. (Hint: tangens is overstaande zijde gedeeld door aanliggende zijde waarin de aanliggende zijde het aardmagnetisch veld is.)

Vervolgens de veldsterkte van je magneetspoel ((aantal windingen × stroomsterkte × 1,26 × 10-6) / (2× diameter van de spoel in meters)), delen door de tangens om de sterkte van het veld van de aarde te krijgen.

Het kan nog iets eenvoudiger. Daarvoor heb je een regelbare weerstand nodig (20 cent in de elektronicazaak). Zet de weerstand tussen batterij en spoel en draai tot de kompasnaald precies 45 graden aanwijst. De verhouding tussen de twee magneetvelden is nu precies 1:1. Dat betekent dat je alleen nog de sterkte van je spoel hoeft te berekenen.

Om een mooie spoel te krijgen, kun je het koperdraad het beste om een rond voorwerp van een centimeter of tien (pvc-buis, pindakaaspot) wikkelen en er daarna voorzichtig afschuiven. De BOEM-redactie deed de proef met vijf, tien en vijftig wikkelingen en kreeg telkens een uitkomst van rond de 2,1 × 10-5 Tesla.

Dat lijkt mijlenver van de waarde in de boeken (ongeveer 5 × 10-5) maar de proef meet alleen de horizontale component van het magneetveld – de kracht die parallel aan het aardoppervlak loopt. En op onze breedtegraad is die, blijkt na wat zoekwerk 2,2 × 10-5 Tesla.

Auteur: Ernst Arbouw