Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

Geboren

22. Februar 1857
Hamburg, Deutschland

Gestorben

1. Januar 1894

Bonn, Deutschland

Residenz

Deutschland

Nationalität

Deutsch

Fachgebiet

Physiker und Elektroniker

Institutionen

Universität Kiel
Universität Karlsruhe
Universität Bonn

Alma mater

Universität München
Universität Berlin

Wissenschaftlicher Berater

Hermann von Helmholtz

Bekannt für

Elektromagnetische Strahlung

Heinrich Rudolf Hertz (22. Februar 1857 – 1. Januar 1894) war ein deutscher Physiker, der als erster die Existenz von elektromagnetische Strahlungswellen durch den Bau einer Vorrichtung, um sie zu erzeugen und zu detektieren. Seine Entdeckung war ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Nutzung von Radiowellen in Kommunikation und Rundfunk und zur Nutzung all der vielen unsichtbaren Oktaven des elektromagnetischen Spektrums im Dienste der Menschheit.

Als Pionier, der das Fenster zur unsichtbaren, aber sehr realen Welt des Elektromagnetismus öffnete, hatte Hertz keine Grundlage, sich auch nur vorzustellen, wie vielfältig diese elektromagnetischen Wellen eingesetzt werden könnten. Diese Aufgabe würde anderen zufallen, die von seiner Entdeckung profitieren.

Biografie

Frühe Jahre

Heinrich Rudolf Hertz wurde am 22.Februar 1857 als ältestes der fünf Kinder von Gustav Ferdinand Hertz und Anna Elisabeth Pfefferkorn in Hamburg geboren. Hertz Großvater väterlicherseits konvertierte vom Judentum zum Luthertum und heiratete in eine lutherische Familie. Sein Vater war Rechtsanwalt und gehörte dem Hamburger Senat an, seine Mutter war die Tochter eines Arztes. Sowohl Hertz ‚Vater als auch Mutter waren Lutheraner.

In seiner Jugend zeigte Hertz eine fortgeschrittene Begabung für Mathematik und nahm sonntags zusätzlichen Geometrieunterricht. Er belegte meistens den ersten Platz in seiner Klasse. Er hatte auch eine starke Affinität zu Sprachen und lernte schnell Latein, Griechisch, Arabisch und Sanskrit. Gleichzeitig zeigte er eine Möglichkeit für das Praktische in Zeichnung, Skulptur und Handwerk. Um diese Interessen zu verbinden, verfolgte er zunächst eine Karriere im Ingenieurbau.

Universitäre Ausbildung

1875 verbrachte Hertz ein Jahr in einer Bauabteilung in Frankfurt. Er besuchte dann das Polytechnikum in Dresden, und war besonders begeistert von den mathematischen Vorlesungen dort gegeben, sondern nahm auch ein großes Interesse an Geschichte und Philosophie. Nach nur einem Semester in Dresden trat er in das Militär ein und verbrachte ein Jahr im aktiven Dienst. 1877 schrieb er sich am Polytechnikum in München ein und wechselte sein Hauptfach in Physik. Während dieser Zeit studierte er, ermutigt von seinen Lehrern, die Originalwerke berühmter Physiker wie Isaac Newton, Gottfried Leibniz, Joseph Lagrange und Pierre-Simon Laplace.

Hertz war mit dem Niveau der Physikausbildung in München unzufrieden und zog nach Berlin. Dort studierte er im Labor von Hermann von Helmholtz und gewann einen Preis für die Untersuchung der Trägheit in elektrischen Strömen. Hertz konnte zeigen, dass die Trägheit eines Stroms klein oder nicht existent war; Dieses Ergebnis stimmte mit der theoretischen Forschung überein, die Helmholtz zur elektromagnetischen Theorie durchführte. In dieser Zeit besuchte er Vorlesungen von Gustav Kirchhoff über Mechanik. Obwohl er für seine elektrischen Forschungen berühmt werden würde, waren Hertz ‚Arbeiten über Mechanik auch wesentlich.

1879 erwog er einen Vorschlag von Helmholtz, die Existenz eines elektrischen Stroms in einem Dielektrikum, dem Isoliermaterial zwischen zwei Leitern zur Speicherung elektrischer Ladung, zu bestimmen, lehnte ihn jedoch ab. James Clerk Maxwell hatte die Existenz solcher Strömungen vorhergesagt. Aber Hertz überzeugte Helmholtz, dass die Studie länger dauern würde, als es wert war.

Hertz promovierte 1880 und arbeitete bis 1883 im Helmholtz-Labor. Als Assistent von Helmholtz in Berlin legte Hertz Memoiren über die Verdampfung von Flüssigkeiten, ein neuartiges Hygrometer und ein grafisches Mittel zur Bestimmung der Eigenschaften feuchter Luft vor.

Er veröffentlichte auch Artikel über das, was als das Gebiet der Kontaktmechanik bekannt werden sollte. Hertz analysierte die mechanischen Verformungen zweier kollidierender elastischer Kugeln und kam daraus zu einer neuen Definition der Härte, von der er hoffte, dass sie für Mineralogen von Nutzen sein würde.

1883 nahm Hertz eine Stelle als Dozent für Theoretische Physik an der Universität Kiel an. 1885 wurde er ordentlicher Professor an der Universität Karlsruhe, wo er elektromagnetische Wellen entdeckte. Im Juli 31, desselben Jahres heiratete er Elizabeth Doll, die Tochter von Max Doll, ein Dozent für Geometrie.

Photoelektrischer Effekt

1886 begann Hertz eine Reihe von Experimenten, um einige der theoretischen Vorhersagen von Maxwells elektromagnetischer Theorie zu klären. Zu dieser Zeit entdeckte er den Nutzen einer Funkenstrecke und erkannte, dass seine regelmäßigen Effekte es ihm ermöglichen würden, die Fragen zu untersuchen, die unbeantwortet blieben, als er Helmholtz ‚Forschungsidee ablehnte. Bei diesen Experimenten bemerkte er, was zunächst ein unerwünschter Nebeneffekt war: Dass sich eine Funkenstrecke leichter entlud, wenn eine andere Funkenstrecke aktiviert wurde. Hertz führte diesen Effekt auf das Vorhandensein von ultravioletten Lichtwellen zurück, die von der zweiten Funkenstrecke erzeugt wurden, die, wenn sie die erste erreichten, den Stromfluss förderten und so die Entladung erleichterten. Nach der Lösung dieses Problems kehrte Hertz zum ursprünglichen Zweck seiner Forschung zurück. Dieses Phänomen wurde später photoelektrischer Effekt genannt und wurde zum Thema einer berühmten Arbeit von Albert Einstein, die ihm einen Nobelpreis einbrachte.

Elektromagnetische Wellen

Hertz wollte zeigen, dass die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in Luft und Vakuum endlich ist, und folgerte daraus, dass Luft und dielektrische Isolatoren auf die gleiche Weise wirken. Er bemerkte zuerst, dass er bei seiner zweiten Funkenstrecke eine viel größere Reaktion erhielt, als es die normalen Gesetze der Kraftausbreitung zulassen würden, die im Allgemeinen eine verminderte Wirkung mit der Entfernung vorhersagen. Daraus wurde ihm klar, dass er elektromagnetische Wellen erzeugte, die ihre Wirkkraft über größere Entfernungen beibehielten. Er konnte diese Wellen nicht nur erzeugen und detektieren, sondern auch ihre Eigenschaften wie Reflexion und Brechung bestimmen. Seine Ergebnisse, die er 1887 veröffentlichte, wurden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft schnell akzeptiert. Als er von anderen, wie den Physikern Oliver Lodge und George Fitzgerald, die auf demselben Gebiet arbeiteten, veröffentlicht wurde, starteten seine Ergebnisse bald eine umfassende Anstrengung, die Phänomene für Kommunikationszwecke zu nutzen, was zur Erfindung des Radios am Ende des nächsten Jahrzehnts führte. Einer von Hertz ‚Studenten, Philipp Lenard, setzte Hertz ‚elektrische Forschungen zu Kathodenstrahlen fort.

Nach seiner Arbeit über elektromagnetische Wellen wandte sich Hertz einem seiner ursprünglichen Interessengebiete zu, der Mechanik. Er schrieb ein wichtiges Werk, The Principles of Mechanics Presented in a New Form, das versuchte, Mehrdeutigkeiten und Verwirrung in den verschiedenen Präsentationen bis zu diesem Zeitpunkt zu beseitigen.

1892 wurde eine Infektion diagnostiziert (nach einem Anfall von schwerer Migräne) und Hertz unterzog sich einigen Operationen, um die Krankheit zu korrigieren. Er starb im Alter von 36 Jahren in Bonn an einer Blutvergiftung.

Sein Neffe Gustav Ludwig Hertz war Nobelpreisträger und Gustavs Sohn Carl Hellmuth Hertz erfand die medizinische Sonographie.

Entdeckungen

1887 machte Hertz Beobachtungen des photoelektrischen Effekts und der Erzeugung und des Empfangs elektromagnetischer Wellen, die er in der Zeitschrift Annalen der Physik veröffentlichte. Sein Empfänger war eine Spule mit einer Spannungsdifferenz, die über eine Funkenstrecke aufrechterhalten wurde, die in Gegenwart elektromagnetischer Wellen (die von einer Senderfunkenspule erzeugt wurden) einen Funken abgeben würde. Er stellte das Gerät mit der empfangenden Funkenstrecke in eine abgedunkelte Box, um den Funken besser sehen zu können, und beobachtete stattdessen, dass die maximale Funkenlänge in der Box geringer war. Das Anbringen einer Glasscheibe zwischen der Quelle der Wellen und der empfangenden Funkenstrecke verursachte ebenfalls eine Schwächung des Funkens.

Wenn die dazwischenliegende Glasscheibe entfernt wurde, würde die Funkenlänge zunehmen; Wenn jedoch anstelle von Glas eine Quarzplatte in den Weg der Wellen gelegt würde, beobachtete Hertz keine Abnahme der Funkenlänge. Da Hertz bereits wusste, dass ein Funke mit der Erzeugung von ultraviolettem Licht einhergeht, kam er zu dem Schluss, dass diese Strahlung für die Erhöhung der Leitfähigkeit der zweiten Funkenstrecke verantwortlich ist, und legte eine Abhandlung zu diesem Thema vor. Er untersuchte diesen Effekt nicht weiter, da er nicht im Mittelpunkt seiner Forschung stand, und unternahm auch keinen Versuch zu erklären, wie das beobachtete Phänomen zustande kam. Seine Experimente haben jedoch ein enormes Interesse bei Wissenschaftlern geweckt.

Radiowellen

1887 experimentierte Hertz in seinem Labor mit Radiowellen. Hertz verwendete eine Ruhmkorff-spulengetriebene Funkenstrecke und ein Meter Drahtpaar als Kühler. An den Enden waren Metallkugeln vorhanden, um die elektrischen Eigenschaften der Schaltung einzustellen. Sein Empfänger war nicht viel mehr als ein gekrümmter Draht mit einer Funkenstrecke.

Durch Experimente bewies er, dass sich elektromagnetische Wellen über eine gewisse Entfernung durch die Luft bewegen können. Dies wurde von James Clerk Maxwell und Michael Faraday vorhergesagt. Mit seiner Gerätekonfiguration würden die elektrischen und magnetischen Felder als Wellen von den Drähten wegstrahlen. Hertz hatte den Oszillator etwa 12 Meter von einer zinkreflektierenden Platte entfernt positioniert, um stehende Wellen zu erzeugen, ähnlich wie eine Musiknote durch Schallwellen erzeugt wird, die in einem Rohr einer festgelegten Länge nachhallen. Jede Welle war etwa vier Meter lang. Mit dem Ringdetektor zeichnete er auf, wie Größe und Richtung der Wellen variierten. Hertz gelang es jedoch nicht, die Geschwindigkeit der Wellen schlüssig zu messen. Zuerst dachte er, die Geschwindigkeit sei unendlich; Eine andere Reihe von Messungen zeigte eine große Diskrepanz zwischen der Geschwindigkeit von Wellen in einem Draht und durch Luft. Spätere Forscher lösten diese Unterschiede auf und zeigten, dass sich die Wellen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Wie viele Wissenschaftler seiner Zeit verstand Hertz die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten seiner Erzeugung und Detektion elektromagnetischer Strahlung nicht. Sein ursprünglicher Zweck war es, bestimmte Prinzipien zu demonstrieren, die in Maxwells Theorie enthalten sind. Hätten nicht andere, wie Lodge und Fitzgerald, auf demselben Gebiet gearbeitet, Seine Arbeit und ihre Anwendungen wären möglicherweise nicht gut verstanden worden.

Seiner Entdeckung, sagte er:

Es nützt überhaupt nichts … dies ist nur ein Experiment, das beweist, dass Maestro Maxwell Recht hatte — wir haben nur diese mysteriösen elektromagnetischen Wellen, die wir mit bloßem Auge nicht sehen können. Aber sie sind da.

Auf die Frage nach den Auswirkungen seiner Entdeckungen antwortete Hertz: „Nichts, denke ich.“Seine Entdeckungen würden später von anderen besser verstanden und Teil des neuen „drahtlosen Zeitalters „sein.“

Es bedurfte praktischerer Menschen wie Nikola Tesla und Guglielmo Marconi, um den praktischen Vorteil der Verwendung der Wellen zum Senden von Nachrichten über große Entfernungen zu verstehen. Hertz lebte nicht lange genug, um die Blüte der neuen Technologie auf der Grundlage seiner Entdeckungen zu sehen.

Ehrungen

• Das Hertz (Hz) wurde 1930 zu Ehren von Hertz als Maßeinheit für die Frequenz festgelegt, ein Maß für die Häufigkeit, mit der ein wiederholtes Ereignis pro Zeiteinheit auftritt (auch „Zyklen pro Sekunde“ genannt).
• 1969 (DDR) wurde eine Heinrich-Hertz-Gedenkmedaille gegossen.
• Die IEEE Heinrich-Hertz-Medaille wurde 1987 ins Leben gerufen und wird für herausragende Leistungen in Hertzschen Wellen jährlich an eine Person für theoretische Leistungen verliehen.
• Ein Krater, der auf der anderen Seite des Mondes liegt, direkt hinter dem östlichen Schenkel, ist ihm zu Ehren benannt.

Anmerkungen

• Bodanis, David. 2005. Elektrisches Universum: Wie Elektrizität die moderne Welt einschaltete. New York: Three Rivers Press. ISBN 0307335984
• Bryant, John H. 1988. Heinrich Hertz, der Beginn der Mikrowellen: Entdeckung elektromagnetischer Wellen und Öffnung des elektromagnetischen Spektrums durch Heinrich Hertz in den Jahren 1886-1892. New Yorker: Institut für Elektro- und Elektronikingenieure. ISBN 0879427108
• Buchwald, Jed Z. 1994. Die Schaffung wissenschaftlicher Effekte: Heinrich Hertz und elektrische Wellen. Chicago: Universität von Chicago Presse. ISBN 0226078876
• Dahl, P.F. 1997. Blitz der Kathodenstrahlen: Eine Geschichte des Elektrons von J.J. Thomson. Bristol: Institut für Physik Pub. ISBN 0750304537
• Lützen, Jesper. 2005. Mechanistische Bilder in geometrischer Form: Heinrich Hertz ‚Prinzipien der Mechanik. In: Oxford University Press. 50-62. ISBN 0198567375
• Susskind, Charles. 1995. Heinrich Hertz: Ein kurzes Leben. In: San Francisco Press. ISBN 0911302743

Alle Links abgerufen am 13.Dezember 2017.

• John D. Jenkins, „Die Entdeckung der Radiowellen – 1888; Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894).“ sparkmuseum.com .
• „Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894).“ Corrosion-doctors.org .
• Elektrische Wellen: die Forschungen über die Ausbreitung der elektrischen Aktion mit endlicher Geschwindigkeit durch den Raum von Heinrich Rudolph Hertz. Cornell University Library Historische Monographien Sammlung. {Reprinted by} Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin Digital Collections.