Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

syntynyt

22. helmikuuta 1857
Hampuri, Saksa

kuollut

1. tammikuuta 1894

Bonn, Saksa

asuinpaikka

Saksa

kansallisuus

Saksa

kenttä

fyysikko ja elektroniikkainsinööri

laitokset

Kielin yliopisto
Karlsruhen yliopisto
Bonnin yliopisto

Alma mater

Münchenin yliopisto
Berliinin yliopisto

akateeminen neuvonantaja

Hermann von Helmholtz

tunnettu

sähkömagneettisesta säteilystä

Heinrich Rudolf Hertz (22. helmikuuta 1857 – 1. tammikuuta 1894) oli saksalainen fyysikko, joka todisti ensimmäisenä tyydyttävästi sähkömagneettiset säteilyaallot rakentamalla laite niiden tuottamiseksi ja havaitsemiseksi. Hänen löytönsä oli keskeinen askel tiellä radioaaltojen käyttöön viestinnässä ja lähetyksissä sekä kaikkien sähkömagneettisen spektrin monien näkymättömien oktaavien käyttöön ihmiskunnan palveluksessa.

uranuurtajana, joka avasi ikkunan sähkömagnetismin näkymättömään, mutta hyvin todelliseen maailmaan, Hertzillä ei ollut mitään perusteita edes kuvitella, miten moneen käyttöön nämä sähkömagneettiset aallot voitaisiin laittaa. Tämä tehtävä lankeaisi muille, jotka hyötyisivät hänen löydöstään.

elämäkerta

alkuvuodet

Heinrich Rudolf Hertz syntyi Hampurissa Saksassa 22.helmikuuta 1857 vanhimpana Gustav Ferdinand Hertzin ja Anna Elisabeth Pfefferkornin viidestä lapsesta. Hertzin isänpuoleinen isoisä kääntyi juutalaisuudesta luterilaisuuteen ja avioitui luterilaiseen perheeseen. Hänen isänsä oli asianajaja, joka kuului Hampurin senaattiin, hänen äitinsä oli lääkärin tytär. Sekä Hertzin Isä että äiti olivat luterilaisia.

nuoruudessaan Hertz osoitti kehittynyttä soveltuvuutta matematiikkaan ja otti ylimääräisiä geometrian tunteja sunnuntaisin. Hän sijoittui useimmiten luokkansa ensimmäiseksi. Hänellä oli myös vahva affiniteetti kieliin, ja hän oppi nopeasti latinan, kreikan, arabian ja sanskritin. Samalla hän esitteli piirustuksen, kuvanveiston ja käsityön käytännön tiloja. Yhdistääkseen nämä intressit, hän aluksi harjoitti uraa insinöörirakentamisessa.

Yliopistokoulutus

vuonna 1875 Hertz vietti vuoden rakennusosastolla Frankfortissa. Hän osallistui ammattikorkeakoulu Dresden, ja oli erityisen ihastunut matemaattisia luentoja annetaan siellä, mutta otti myös erittäin kiinnostunut historiasta ja filosofiasta. Oltuaan vain yhden lukukauden Dresdenissä hän liittyi armeijaan ja vietti vuoden aktiivipalveluksessa. Vuonna 1877 hän kirjoittautui Münchenin Teknilliseen korkeakouluun vaihtaen pääaineensa fysiikkaan. Tänä aikana hän opiskeli opettajiensa rohkaisemana tunnettujen fyysikoiden kuten Isaac Newtonin, Gottfried Leibnizin, Joseph Lagrangen ja Pierre-Simon Laplacen alkuperäisteoksia.

Hertz oli tyytymätön Münchenin fysiikan opetuksen tasoon, joten hän muutti Berliiniin. Siellä hän opiskeli Hermann von Helmholtzin laboratoriossa ja voitti palkinnon sähkövirtojen inertian tutkimisesta. Hertz pystyi osoittamaan, että inertia, nykyinen oli pieni tai olematon, tämä tulos dovetailed kanssa teoreettisen tutkimuksen Helmholtz oli tekemässä sähkömagneettista teoriaa. Tänä aikana hän osallistui Gustav Kirchhoffin luennoille mekaniikasta. Vaikka hän olisi tullut tunnetuksi hänen sähköisiä tutkimuksia, Hertz teoksia mekaniikka olivat myös merkittäviä.

vuonna 1879 hän harkitsi, mutta torjui, Helmholtzin ehdotusta, jonka mukaan dielektrisessä sähkövirrassa olisi olemassa kahden sähkövaraukseen käytettävän johtimen välinen Eristemateriaali. James Clerk Maxwell oli ennustanut tällaisten virtausten olemassaolon. Hertz kuitenkin vakuutti Helmholtzille, että tutkimus kestäisi kauemmin kuin kannatti.

Hertz väitteli tohtoriksi vuonna 1880 ja jatkoi työskentelyä Helmholtzin laboratoriossa vuoteen 1883. Kuten avustaja Helmholtz Berliinissä, Hertz toimitettu muistelmia haihtuminen nesteiden, uudenlainen kosteusmittari, ja graafinen keino määrittää ominaisuuksia kostean ilman.

hän julkaisi myös artikkeleita, jotka käsittelivät kontaktimekaniikan alaa. Hertz analysoi kahden törmäävän elastisen pallon mekaanisia muodonmuutoksia ja päätyi tästä uuteen kovuuden määritelmään, jonka hän toivoi olevan jossain määrin hyödyksi mineralogisteille.

vuonna 1883 Hertz otti vastaan teoreettisen fysiikan lehtorin viran Kielin yliopistosta. Vuonna 1885 hänestä tuli täysi professori Karlsruhen yliopistoon, jossa hän löysi sähkömagneettisia aaltoja. Heinäkuuta 31, samana vuonna hän meni naimisiin Elizabeth Doll, Tytär Max Doll, luennoitsija geometrian.

Valosähköinen efekti

vuonna 1886 Hertz aloitti sarjan kokeita selventääkseen joitakin Maxwellin sähkömagneettisen teorian teoreettisia ennusteita. Tällä hetkellä hän löysi hyödyllisyys, kipinä aukko, ja tajusi, että sen säännölliset vaikutukset antaisivat hänelle mahdollisuuden tutkia kysymyksiä jätetty vastaamatta, kun hän kääntyi alas Helmholtz n tutkimusidea. Tehdessään näitä kokeita hän huomasi, mikä oli aluksi ei-toivottu sivuvaikutus: että kipinäaukko purkautui helpommin, kun toinen kipinäaukko aktivoitui. Hertz jäljitti tämän vaikutuksen toisesta kipinäaukosta syntyneisiin ultraviolettivaloaaltoihin, jotka saavuttuaan ensimmäiseen edistivät virran virtausta, mikä helpotti purkausta. Tämän ongelman ratkaisemisen jälkeen Hertz palasi tutkimuksensa alkuperäiseen tarkoitukseen. Tätä ilmiötä kutsuttiin myöhemmin valosähköiseksi ilmiöksi, ja siitä tuli Albert Einsteinin kuuluisan tutkielman aihe, joka toi hänelle Nobelin palkinnon.

sähkömagneettiset aallot

Hertz halusi osoittaa, että sähkömagneettisten aaltojen nopeus on äärellinen ilmassa ja tyhjiössä, ja päätteli näin, että ilma ja dielektriset eristeet toimivat samalla tavalla. Hän aluksi huomannut, että hän sai paljon suurempi reaktio hänen toinen kipinä aukko kuin olisi mahdollista, että normaalit lait, eteneminen voimaa, jotka yleensä ennustavat vähentynyt toiminta etäisyys. Tästä hän tajusi tuottavansa sähkömagneettisia aaltoja, jotka säilyttivät toimintakykynsä pidemmillä matkoilla. Hän ei ainoastaan kyennyt tuottamaan ja havaitsemaan näitä aaltoja, vaan hän myös määritti niiden ominaisuudet, kuten heijastuksen ja taittumisen. Hänen tuloksensa, jotka hän julkaisi vuonna 1887, hyväksyttiin nopeasti tiedeyhteisössä. Kun muut, kuten fyysikot Oliver Lodge ja George Fitzgerald, jotka työskentelivät samalla alalla, julkistivat hänen tuloksensa, hänen tuloksensa käynnistivät pian laajamittaisen pyrkimyksen käyttää ilmiöitä kommunikointitarkoituksiin, mikä johti radion keksimiseen seuraavan vuosikymmenen lopulla. Yksi Hertzin oppilaista, Philipp Lenard, jatkoi Hertzin sähkötutkimuksia katodisäteisiin.

sähkömagneettisten aaltojen parissa tekemänsä työn jälkeen Hertz kääntyi yhteen alkuperäisistä kiinnostuksen kohteistaan, mekaniikkaan. Hän kirjoitti tärkeän työn, periaatteet mekaniikka esitetty uudessa muodossa, että yritti poistaa epäselvyyttä ja sekaannusta eri esityksiä jopa siihen asti.

vuonna 1892 todettiin infektio (vaikean migreenin jälkeen) ja Hertzille tehtiin joitakin leikkauksia sairauden korjaamiseksi. Hän kuoli verenmyrkytykseen 36-vuotiaana Bonnissa, Saksassa.

hänen veljenpoikansa Gustav Ludwig Hertz oli nobelisti, ja Gustavin poika Carl Hellmuth Hertz keksi lääketieteellisen ultraäänitutkimuksen.

Löytöjä

vuonna 1887 Hertz teki havaintoja valosähköisestä ilmiöstä ja sähkömagneettisten aaltojen tuottamisesta ja vastaanottamisesta, jotka hän julkaisi Annalen der Physik-lehdessä. Hänen vastaanotin oli kela, jonka jännite-ero ylläpidetään koko kipinä aukko, joka antaa kipinä läsnä sähkömagneettisia aaltoja (jotka on tuotettu lähettimen kipinä kela). Hän sijoitti laitteen, jossa on kipinän vastaanottava aukko, pimennettyyn laatikkoon nähdäkseen kipinän paremmin ja havaitsi sen sijaan, että kipinän enimmäispituus oli pienempi, kun se oli laatikossa. Lasilevyn laittaminen aaltojen lähteen ja vastaanottavan kipinävälin väliin aiheutti myös kipinän heikkenemisen.

kun välissä oleva lasilevy poistettiin, kipinän pituus kasvoi; mutta jos lasin sijaan laitettiin aaltojen tielle kvartsilevy, Hertz ei havainnut kipinän pituuden pienenevän. Tietäen jo, että kipinään liittyy ultraviolettivalon tuottaminen, Hertz päätteli, että tämä säteily oli vastuussa toisen kipinäaukon johtavuuden lisääntymisestä, ja toimitti aiheesta muistelmateoksen. Hän ei tutkinut tätä vaikutusta tarkemmin, koska se ei ollut hänen tutkimuksensa pääpaino, eikä hän myöskään yrittänyt selittää, miten havaittu ilmiö on saatu aikaan. Hänen kokeensa eivät kuitenkaan luo valtavasti kiinnostusta tutkijoiden keskuudessa.

radioaallot

vuonna 1887 Hertz kokeili radioaaltoja laboratoriossaan. Hertz käytti jäähdyttimenä Ruhmkorffin käämivetoista kipinäväliä ja metrin johtoparia. Päissä oli metallisia palloja säätämässä piirin sähköisiä ominaisuuksia. Hänen vastaanottimensa ei ollut juuri muuta kuin kaareva lanka, jossa oli kipinäväli.

kokeillaan hän todisti, että sähkömagneettiset aallot voivat kulkea jonkin matkan ilman läpi. Tämän olivat ennustaneet James Clerk Maxwell ja Michael Faraday. Hänen laitekokoonpanollaan sähkö-ja magneettikentät säteilisivät pois johdoista aaltoina. Hertz oli sijoitettu oskillaattori noin 12 metrin päässä sinkki heijastava levy tuottaa seisovia aaltoja, samalla tavalla kuin nuotin tuotetaan ääniaaltojen jälkikaiunta putki, jonka pituus on asetettu. Jokainen aalto oli noin neljä metriä pitkä. Rengastunnistimen avulla hän tallensi, miten aaltojen suuruus ja suunta vaihtelivat. Hertz ei kuitenkaan kyennyt lopullisesti mittaamaan aaltojen nopeutta. Aluksi hän ajatteli nopeus oli ääretön, toinen sarja mittauksia osoitti suuri ristiriita nopeus aaltojen lanka ja ilman kautta. Myöhemmin tutkijat selvittivät nämä erot ja osoittivat, että aallot liikkuvat valonnopeudella.

Legacy

monien aikansa tiedemiesten tavoin Hertz ei ymmärtänyt sähkömagneettisen säteilyn tuotantonsa ja havaitsemisensa laaja-alaisia potentiaalisia sovelluksia. Hänen alkuperäinen tarkoituksensa oli osoittaa tiettyjä Maxwellin teoriaan sisältyviä periaatteita. Elleivät muut, kuten Lodge ja Fitzgerald, olisi työskennelleet samalla alalla, hänen työnsä ja sen sovellukset eivät ehkä olisi hyvin ymmärretty.

löydöstään hän sanoi:

siitä ei ole mitään hyötyä … tämä on vain koe, joka todistaa Maestro Maxwellin olleen oikeassa—meillä on vain näitä salaperäisiä sähkömagneettisia aaltoja, joita emme voi nähdä paljain silmin. Mutta he ovat siellä.

kun Hertziltä kysyttiin hänen löytöjensä seurannaisvaikutuksista, hän vastasi: ”Ei kai mitään.”Hänen löytöjään ymmärtäisivät myöhemmin paremmin muut ja ne olisivat osa uutta ”wireless Agea.”

tarvittiin enemmän käytännön ihmisiä, kuten Nikola Tesla ja Guglielmo Marconi, ymmärtämään aaltojen käyttäminen viestien lähettämiseen pitkiä matkoja. Hertz ei elänyt tarpeeksi kauan nähdäkseen uuden teknologian kukoistuksen hänen löytöjensä perusteella.

Kunniamerkit

• Hertsi (Hz) perustettiin Hertzin kunniaksi vuonna 1930 taajuuden mittayksiköksi, joka mittaa, kuinka monta kertaa toistuva tapahtuma tapahtuu aikayksikköä kohti (kutsutaan myös ”sykleiksi sekunnissa”).
• vuonna 1969 (Itä-Saksa) valettiin Heinrich Hertzin muistomitali.
• vuonna 1987 perustettu IEEE Heinrich Hertz-mitali on ansiokkaista saavutuksista Hertziläisillä aalloilla, jotka annetaan vuosittain yksittäiselle henkilölle teoreettisten saavutusten vuoksi.
• hänen kunniakseen on nimetty kraatteri, joka sijaitsee kuun toisella puolella, aivan itäisen raajan takana.

huomautukset

• Bodanis, David. 2005. Electric Universe: How Electric committed on the Modern World. New York: Three Rivers Press. ISBN 0307335984
• Bryant, John H. 1988. Heinrich Hertz, The Beginning of Microwaves: Discovery of Electromagnetic Waves and Opening of the Electromagnetic Spectrum by Heinrich Hertz in the Years 1886-1892. New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers. ISBN 0879427108
• Buchwald, Jed Z. 1994. Tieteellisten vaikutusten luominen: Heinrich Hertz ja Sähköaallot. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 0226078876
• Dahl, P. F. 1997. Flash of the Cathode Rays: A History of J. J. Thomson ’ s Electron. Bristol: Institute of Physics Pub. ISBN 0750304537
• Lützen, Jesper. 2005. Mechanistic Images in Geometric Form: Heinrich Hertz ’ s Principles of Mechanics. New York: Oxford University Press. 50-62. ISBN 0198567375
• Susskind, Charles. 1995. Heinrich Hertz: Lyhyt Elämä. San Francisco: San Francisco Press. ISBN 0911302743

kaikki linkit haettu 13. joulukuuta 2017.

• John D. Jenkins, ” the Discovery of Radio Waves-1888; Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894).”sparkmuseum.com
• ”Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894).”Corrosion-doctors.org.
• Electric waves: being researches on the propagation of electric action with finite velocity through space by Heinrich Rudolph Hertz. Cornellin Yliopiston Kirjaston Historiallisten Monografioiden Kokoelma. {Uusintapainos} Cornellin yliopiston kirjaston digitaaliset kokoelmat.