Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

Né

Le 22 février 1857
Hambourg, Allemagne

Décédé

Le 1er janvier 1894

Bonn, Allemagne

Résidence

Allemagne

Nationalité

Allemand

Terrain

Physicien et Ingénieur en électronique

Institutions

Université de Kiel
Université de Karlsruhe
Université de Bonn

Alma mater

Université de Munich
Université de Berlin

Conseiller académique

Hermann von Helmholtz

Connu pour

Rayonnement électromagnétique

Heinrich Rudolf Hertz (22 février 1857 – 1er janvier, 1894) était un physicien allemand qui fut le premier à démontrer de manière satisfaisante l’existence de ondes de rayonnement électromagnétique en construisant un appareil pour les produire et les détecter. Sa découverte a été une étape clé sur la voie de l’utilisation des ondes radio dans les communications et la radiodiffusion et de l’utilisation de toutes les nombreuses octaves invisibles du spectre électromagnétique au service de l’humanité.

En tant que pionnier ouvrant la fenêtre sur le monde invisible mais bien réel de l’électromagnétisme, Hertz n’avait aucun fondement pour imaginer la multitude d’utilisations auxquelles ces ondes électromagnétiques pouvaient être utilisées. Cette tâche incomberait à d’autres personnes bénéficiant de sa découverte.

Biographie

Premières années

Heinrich Rudolf Hertz est né à Hambourg, en Allemagne, le 22 février 1857, l’aîné des cinq enfants de Gustav Ferdinand Hertz et Anna Elisabeth Pfefferkorn. Le grand-père paternel de Hertz s’est converti du judaïsme au luthéranisme et s’est marié dans une famille luthérienne. Son père était un avocat qui appartenait au sénat de Hambourg, sa mère était la fille d’un médecin. Le père et la mère de Hertz étaient luthériens.

Dans sa jeunesse, Hertz a montré une aptitude avancée pour les mathématiques et a pris des cours de géométrie supplémentaires le dimanche. Il s’est le plus souvent classé premier de sa classe. Il avait également une forte affinité pour les langues, apprenant rapidement le latin, le grec, l’arabe et le Sanscrit. En même temps, il a montré une facilité pour la pratique dans le dessin, la sculpture et l’artisanat. Pour combiner ces intérêts, il a d’abord poursuivi une carrière dans la construction d’ingénierie.

Formation universitaire

En 1875, Hertz passe un an dans un département de construction à Francfort. Il a ensuite fréquenté l’école polytechnique de Dresde, et aimait particulièrement les conférences de mathématiques qui y étaient données, mais s’intéressait également à l’histoire et à la philosophie. Après seulement un semestre à Dresde, il rejoint l’armée et passe un an en service actif. En 1877, il s’inscrit à l’école polytechnique de Munich, et se spécialise en physique. Pendant ce temps, encouragé par ses professeurs, il étudie les travaux originaux de physiciens célèbres tels que Isaac Newton, Gottfried Leibniz, Joseph Lagrange et Pierre-Simon Laplace.

Hertz était insatisfait du niveau de l’enseignement de la physique à Munich, il s’installa donc à Berlin. Là, il a étudié dans le laboratoire de Hermann von Helmholtz et a remporté un prix pour l’étude de l’inertie dans les courants électriques. Hertz a pu montrer que l’inertie d’un courant était faible ou inexistante; ce résultat correspondait à la recherche théorique menée par Helmholtz sur la théorie électromagnétique. Pendant cette période, il assiste à des conférences de Gustav Kirchhoff sur la mécanique. Bien qu’il devienne célèbre pour ses recherches en électricité, les travaux de Hertz sur la mécanique étaient également importants.

En 1879, il a examiné, mais a refusé, une proposition de Helmholtz pour déterminer l’existence d’un courant électrique dans un diélectrique, le matériau isolant entre deux conducteurs utilisé pour stocker la charge électrique. James Clerk Maxwell avait prédit l’existence de tels courants. Mais Hertz a convaincu Helmholtz que l’étude prendrait plus de temps qu’elle n’en valait la peine.

Hertz a obtenu son doctorat en 1880 et a continué à travailler dans le laboratoire de Helmholtz jusqu’en 1883. En tant qu’assistant de Helmholtz à Berlin, Hertz a soumis des mémoires sur l’évaporation des liquides, un nouveau type d’hygromètre et un moyen graphique de déterminer les propriétés de l’air humide.

Il publia également des articles sur ce qui allait devenir le domaine de la mécanique des contacts. Hertz a analysé les déformations mécaniques de deux sphères élastiques en collision, et de là est arrivé à une nouvelle définition de la dureté qu’il espérait être utile aux minéralogistes.

En 1883, Hertz accepte un poste de professeur de physique théorique à l’Université de Kiel. En 1885, il devient professeur titulaire à l’Université de Karlsruhe où il découvre les ondes électromagnétiques. Le 31 juillet de la même année, il épouse Elizabeth Doll, la fille de Max Doll, professeur de géométrie.

Effet photoélectrique

En 1886, Hertz a commencé une série d’expériences pour clarifier certaines des prédictions théoriques de la théorie électromagnétique de Maxwell. À cette époque, il découvrit l’utilité d’un éclateur et réalisa que ses effets réguliers lui permettraient d’étudier les questions restées sans réponse lorsqu’il refusa l’idée de recherche de Helmholtz. En entreprenant ces expériences, il a remarqué ce qui était d’abord un effet secondaire indésirable: qu’un éclateur se déchargeait plus facilement lorsqu’un autre éclateur était activé. Hertz a attribué cet effet à la présence d’ondes de lumière ultraviolette générées par le deuxième éclateur qui, lorsqu’elles atteignaient le premier, favorisaient l’écoulement du courant, facilitant ainsi la décharge. Après avoir résolu ce problème, Hertz est revenu au but initial de ses recherches. Ce phénomène a ensuite été appelé l’effet photoélectrique, et est devenu le sujet d’un article célèbre d’Albert Einstein qui lui a valu un prix Nobel.

Ondes électromagnétiques

Hertz a voulu montrer que la vitesse des ondes électromagnétiques était finie dans l’air et dans le vide, concluant ainsi que l’air et les isolants diélectriques agissent de la même manière. Il a d’abord remarqué qu’il obtenait une réaction beaucoup plus grande à son deuxième éclateur que ne le permettraient les lois normales de la propagation de la force, qui prédisent généralement une action diminuée avec la distance. À partir de là, il s’est rendu compte qu’il produisait des ondes électromagnétiques, qui conservaient leur pouvoir d’action sur de plus longues distances. Non seulement il était capable de produire et de détecter ces ondes, mais il a également déterminé leurs propriétés, telles que la réflexion et la réfraction. Ses résultats, qu’il publia en 1887, furent rapidement acceptés par la communauté scientifique. Lorsqu’ils furent rendus publics par d’autres, tels que les physiciens Oliver Lodge et George Fitzgerald, qui travaillaient dans le même domaine, ses résultats lancèrent bientôt un effort total pour utiliser les phénomènes à des fins de communication, aboutissant à l’invention de la radio à la fin de la décennie suivante. L’un des étudiants de Hertz, Philipp Lenard, a poursuivi les recherches électriques de Hertz sur les rayons cathodiques.

Après ses travaux sur les ondes électromagnétiques, Hertz se tourne vers l’un de ses champs d’intérêt originaux, la mécanique. Il a écrit un ouvrage important, Les Principes de la mécanique Présentés sous une nouvelle forme, qui a tenté de lever l’ambiguïté et la confusion dans les différentes présentations jusqu’à cette époque.

En 1892, une infection est diagnostiquée (après un accès de migraines sévères) et Hertz subit quelques opérations pour corriger la maladie. Il meurt d’un empoisonnement du sang à l’âge de 36 ans à Bonn, en Allemagne.

Son neveu Gustav Ludwig Hertz était lauréat du prix Nobel, et le fils de Gustav, Carl Hellmuth Hertz, inventa l’échographie médicale.

Découvertes

En 1887, Hertz fait des observations de l’effet photoélectrique et de la production et de la réception des ondes électromagnétiques, qu’il publie dans la revue Annalen der Physik. Son récepteur était une bobine avec une différence de tension maintenue à travers un éclateur, qui émettait une étincelle en présence d’ondes électromagnétiques (qui étaient produites par une bobine d’étincelle émettrice). Il a placé l’appareil avec l’éclateur de réception dans une boîte sombre afin de mieux voir l’étincelle et a observé à la place que la longueur maximale de l’étincelle était inférieure lorsqu’elle était dans la boîte. La pose d’un panneau de verre entre la source des ondes et l’éclateur récepteur a également provoqué un affaiblissement de l’étincelle.

Lorsque le panneau de verre intermédiaire était retiré, la longueur de l’étincelle augmentait; mais si au lieu de verre, un panneau de quartz était placé sur le trajet des ondes, Hertz n’observait aucune diminution de la longueur de l’étincelle. Sachant déjà qu’une étincelle s’accompagne de la production de lumière ultraviolette, Hertz a conclu que ce rayonnement était responsable de l’augmentation de la conductivité du deuxième éclateur et a soumis un mémoire sur le sujet. Il n’a pas étudié cet effet plus avant, car ce n’était pas l’objectif principal de ses recherches, et il n’a pas non plus tenté d’expliquer comment le phénomène observé a été provoqué. Ses expériences ont cependant suscité un énorme intérêt parmi les scientifiques.

Ondes radio

En 1887, Hertz expérimente les ondes radio dans son laboratoire. Hertz a utilisé un éclateur à bobine Ruhmkorff et une paire de fils d’un mètre comme radiateur. Des sphères métalliques étaient présentes aux extrémités pour ajuster les propriétés électriques du circuit. Son récepteur n’était pas beaucoup plus qu’un fil incurvé avec un éclateur.

Grâce à l’expérimentation, il a prouvé que les ondes électromagnétiques peuvent voyager sur une certaine distance dans l’air. Cela avait été prédit par James Clerk Maxwell et Michael Faraday. Avec la configuration de son appareil, les champs électriques et magnétiques rayonneraient des fils sous forme d’ondes. Hertz avait positionné l’oscillateur à environ 12 mètres d’une plaque réfléchissante en zinc pour produire des ondes stationnaires, semblables à la façon dont une note de musique est produite par des ondes sonores se réverbérant dans un tube d’une longueur définie. Chaque vague mesurait environ quatre mètres de long. À l’aide du détecteur en anneau, il a enregistré la variation de la magnitude et de la direction des ondes. Hertz n’a cependant pas réussi à mesurer de manière concluante la vitesse des vagues. Au début, il pensait que la vitesse était infinie; une autre série de mesures a montré un grand écart entre la vitesse des ondes dans un fil et dans l’air. Plus tard, les chercheurs ont résolu ces différences et ont montré que les ondes se déplacent à la vitesse de la lumière.

Héritage

Comme beaucoup de scientifiques de son temps, Hertz ne comprenait pas les applications potentielles étendues de sa production et de sa détection du rayonnement électromagnétique. Son but initial était de démontrer certains principes contenus dans la théorie de Maxwell. Si d’autres, comme Lodge et Fitzgerald, n’avaient pas travaillé dans le même domaine, son travail et ses applications n’auraient peut-être pas été bien compris.

De sa découverte, il dit:

Cela ne sert à rien whatsoever c’est juste une expérience qui prouve que Maestro Maxwell avait raison — nous avons juste ces ondes électromagnétiques mystérieuses que nous ne pouvons pas voir à l’œil nu. Mais ils sont là.

Interrogé sur les ramifications de ses découvertes, Hertz répondit: « Rien, je suppose. »Ses découvertes seraient plus tard mieux comprises par les autres et feraient partie de la nouvelle « ère du sans fil ». »

Il a fallu des gens plus pratiques comme Nikola Tesla et Guglielmo Marconi pour comprendre l’avantage pratique d’utiliser les ondes pour envoyer des messages sur de longues distances. Hertz n’a pas vécu assez longtemps pour voir l’éclosion de la nouvelle technologie basée sur ses découvertes.

Honneurs

• Le hertz (Hz) a été établi en l’honneur de Hertz en 1930 en tant qu’unité de mesure de la fréquence, une mesure du nombre de fois qu’un événement répété se produit par unité de temps (également appelé « cycles par seconde »).
• En 1969 (Allemagne de l’Est), une médaille commémorative Heinrich Hertz a été coulée.
• La médaille Heinrich Hertz de l’IEEE, créée en 1987, récompense les réalisations exceptionnelles dans les vagues hertziennes présentées chaque année à un individu pour ses réalisations théoriques.
• Un cratère qui se trouve de l’autre côté de la Lune, juste derrière le membre oriental, est nommé en son honneur.

Notes

• Bodanis, David. 2005. Univers Électrique: Comment l’électricité a allumé le Monde moderne. New York: Three Rivers Press. Il s’agit d’un document de référence de la bibliothèque nationale de France, publié en 1988. Heinrich Hertz, le début des Micro-ondes: Découverte des Ondes Électromagnétiques et Ouverture du Spectre électromagnétique par Heinrich Hertz dans les années 1886-1892. New York: Institut des Ingénieurs en électricité et en électronique. ISBN 0879427108
• Buchwald, Jed Z. 1994. La Création d’Effets scientifiques: Heinrich Hertz et les Ondes électriques. Il est l’auteur de plusieurs ouvrages. ISBN 0226078876
• Dahl, P.F. 1997. Flash of the Cathode Rays: Une histoire de l’électron de J.J. Thomson. Bristol: Pub de l’Institut de physique. ISBN 0750304537
• Lützen, Jesper. 2005. Images Mécanistes Sous Forme Géométrique: Principes de la mécanique de Heinrich Hertz. Il s’agit de la première édition de la série. 50-62. ISBN 0198567375
• Susskind, Charles. 1995. Heinrich Hertz: Une Vie courte. La presse de San Francisco. ISBN 0911302743

Tous les liens ont été récupérés le 13 décembre 2017.

• John D. Jenkins, « La découverte des ondes radio – 1888; Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894). » sparkmuseum.com .
• « Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894). » Corrosion-doctors.org .
• Ondes électriques: recherches sur la propagation de l’action électrique à vitesse finie dans l’espace par Heinrich Rudolph Hertz. Collection de Monographies historiques de la Bibliothèque de l’Université Cornell. {Réimprimé par} Collections numériques de la Bibliothèque de l’Université Cornell.