Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

urodzony

22 lutego 1857
Hamburg, Niemcy

zmarł

1 stycznia 1894

Bonn, Niemcy

Rezydencja

Niemcy

narodowość

Niemiecki

pole

fizyk i inżynier elektronik

instytucje

Uniwersytet w Kilonii
Uniwersytet w Karlsruhe
Uniwersytet w Bonn

Alma mater

Uniwersytet w Monachium
Uniwersytet w Berlinie

Doradca akademicki

Hermann von Helmholtz

znany z

promieniowanie elektromagnetyczne

Heinrich Rudolf Hertz (22 lutego 1857 – 1 stycznia 1858) 1894) był fizykiem niemieckim, który jako pierwszy zademonstrował istnienie fale promieniowania elektromagnetycznego, budując aparat do ich wytwarzania i wykrywania. Jego odkrycie było kluczowym krokiem na drodze do wykorzystania fal radiowych w komunikacji i transmisji oraz wykorzystania wszystkich wielu niewidzialnych oktaw widma elektromagnetycznego do służby ludzkości.

jako pionier otwierający okno na niewidzialny, ale bardzo realny świat elektromagnetyzmu, Hertz nie miał podstaw nawet do wyobrażenia sobie wielości zastosowań, do których można wykorzystać te fale elektromagnetyczne. Zadanie to spadłoby na innych korzystających z jego odkrycia.

biografia

Wczesne lata

Heinrich Rudolf Hertz urodził się 22 lutego 1857 roku w Hamburgu, jako najstarsze z pięciorga dzieci Gustava Ferdinanda Hertza i Anny Elisabeth Pfefferkorn. Dziadek Hertza nawrócił się z judaizmu na luteranizm i ożenił się w rodzinie luterańskiej. Jego ojciec był adwokatem, który należał do hamburskiego Senatu, matka była córką lekarza. Zarówno ojciec, jak i matka Hertza byli luteranami.

w młodości Hertz wykazywał zaawansowane umiejętności matematyczne, a w niedziele pobierał dodatkowe lekcje geometrii. Najczęściej plasował się na pierwszym miejscu w swojej klasie. Miał również silne powinowactwo do języków, szybko uczył się łaciny, greki, arabskiego i sanskrytu. W tym samym czasie pokazał zaplecze praktyczne w rysunku, rzeźbie i rękodziele. Aby połączyć te zainteresowania, początkowo kontynuował karierę w budownictwie inżynieryjnym.

szkolenie Uniwersyteckie

w 1875 roku Hertz spędził rok na Wydziale budowlanym we Frankfort. Następnie uczęszczał na politechnikę w Dreźnie, a szczególnie lubił wykłady matematyczne tam prowadzone, ale także interesował się historią i filozofią. Po zaledwie semestrze w Dreźnie wstąpił do wojska i spędził rok w czynnej służbie. W 1877 roku rozpoczął studia na Politechnice w Monachium, zmieniając kierunek na fizykę. W tym czasie, zachęcony przez swoich nauczycieli, studiował oryginalne prace znanych fizyków, takich jak Isaac Newton, Gottfried Leibniz, Joseph Lagrange i Pierre-Simon Laplace.

Hertz był niezadowolony z poziomu wykształcenia fizyki w Monachium, więc przeniósł się do Berlina. Tam studiował w laboratorium Hermanna von Helmholtza i zdobył nagrodę za badanie bezwładności w prądach elektrycznych. Hertz był w stanie wykazać, że bezwładność prądu jest mała lub nie istnieje; wynik ten był powiązany z teoretycznymi badaniami Helmholtza nad teorią elektromagnetyczną. W tym okresie uczęszczał na wykłady Gustava Kirchhoffa na temat mechaniki. Chociaż stał się znany ze swoich badań elektrycznych, prace Hertza dotyczące mechaniki były również znaczące.

w 1879 r. rozważał, ale odrzucił, propozycję Helmholtza, aby ustalić istnienie prądu elektrycznego w dielektryku, materiale izolacyjnym między dwoma przewodami używanymi do przechowywania ładunku elektrycznego. James Clerk Maxwell przewidział istnienie takich prądów. Ale Hertz przekonał Helmholtza, że badanie potrwa dłużej, niż było warto.

Hertz uzyskał doktorat w 1880 roku i kontynuował pracę w laboratorium Helmholtza do 1883 roku. Jako asystent Helmholtza w Berlinie Hertz przedstawił wspomnienia dotyczące odparowywania cieczy, nowego rodzaju higrometru i graficznego sposobu określania właściwości wilgotnego powietrza.

publikował również artykuły na temat tego, co miało stać się znane jako dziedzina mechaniki kontaktowej. Hertz przeanalizował mechaniczne odkształcenia dwóch zderzających się sfer sprężystych, dzięki czemu doszedł do nowej definicji twardości, którą miał nadzieję wykorzystać mineralogiści.

w 1883 roku Hertz przyjął posadę wykładowcy fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Kilonii. W 1885 został profesorem zwyczajnym na Uniwersytecie w Karlsruhe, gdzie odkrył fale elektromagnetyczne. 31 lipca tego samego roku poślubił Elizabeth Doll, córkę Maxa Dolla, wykładowcy geometrii.

efekt fotoelektryczny

w 1886 roku Hertz rozpoczął serię eksperymentów w celu wyjaśnienia niektórych teoretycznych przewidywań teorii elektromagnetycznej Maxwella. W tym czasie odkrył użyteczność iskry i zdał sobie sprawę, że jej regularne efekty pozwolą mu zbadać pytania pozostawione bez odpowiedzi, gdy odrzucił pomysł badawczy Helmholtza. Podejmując te eksperymenty, zauważył, co było początkowo niechcianym efektem ubocznym: że iskierka rozładowana łatwiej, gdy inna iskierka została aktywowana. Hertz prześledził ten efekt na obecność fal światła ultrafioletowego generowanych z drugiej iskry, która po osiągnięciu pierwszej promowała przepływ prądu, ułatwiając w ten sposób rozładowanie. Po rozwiązaniu tego problemu Hertz powrócił do pierwotnego celu swoich badań. Zjawisko to zostało później nazwane efektem fotoelektrycznym i stało się tematem słynnej pracy Alberta Einsteina, która przyniosła mu Nagrodę Nobla.

fale elektromagnetyczne

Hertz chciał pokazać, że prędkość fal elektromagnetycznych jest ograniczona w powietrzu i w próżni, wnioskując w ten sposób, że izolatory powietrza i dielektryczne działają w ten sam sposób. Na początku zauważył, że uzyskał znacznie większą reakcję przy drugiej Iskrze, niż byłoby to dozwolone przez normalne prawa propagacji siły, które generalnie przewidują zmniejszoną akcję z dystansem. Dzięki temu zdał sobie sprawę, że wytwarza fale elektromagnetyczne, które zachowują swoją siłę działania na dłuższych dystansach. Nie tylko był w stanie wytwarzać i wykrywać te fale, ale także określał ich właściwości, takie jak odbicie i załamanie. Jego wyniki, które opublikował w 1887 roku, zostały szybko przyjęte przez środowisko naukowe. Po nagłośnieniu przez innych, takich jak fizycy Oliver Lodge i George Fitzgerald, którzy pracowali w tej samej dziedzinie, jego wyniki wkrótce zapoczątkowały wszechstronny wysiłek wykorzystania zjawisk do celów komunikacji, co doprowadziło do wynalezienia Radia pod koniec następnej dekady. Jeden z uczniów Hertza, Philipp Lenard, kontynuował badania elektryczne nad promieniowaniem katodowym.

po pracy nad falami elektromagnetycznymi Hertz zwrócił się ku jednej z jego pierwotnych dziedzin zainteresowań, mechanice. Napisał ważną pracę, zasady mechaniki przedstawione w nowej formie, która próbowała usunąć niejasności i zamieszanie w różnych prezentacjach do tego czasu.

w 1892 roku zdiagnozowano infekcję (po serii ciężkich migren), a Hertz przeszedł kilka operacji w celu skorygowania choroby. Zmarł w wyniku zatrucia krwi w wieku 36 lat w Bonn w Niemczech.

jego bratanek Gustav Ludwig Hertz był laureatem Nagrody Nobla, a syn Gustava Carl Hellmuth Hertz wynalazł ultrasonografię medyczną.

odkrycia

w 1887 Hertz dokonał obserwacji efektu fotoelektrycznego oraz produkcji i odbioru fal elektromagnetycznych, które opublikował w czasopiśmie Annalen der Physik. Jego odbiornik był cewką z różnicą napięcia utrzymywaną przez iskrę, która emitowała iskrę w obecności fal elektromagnetycznych (które były wytwarzane przez cewkę zapłonową nadajnika). Umieścił urządzenie z odbieraną iskrą w zaciemnionym pudełku, aby lepiej zobaczyć iskrę i zamiast tego zaobserwował, że maksymalna długość iskry była mniejsza, gdy była w pudełku. Umieszczenie szklanego panelu między źródłem fal a odbieraną iskrą również spowodowało osłabienie iskry.

po usunięciu interweniującego panelu szklanego długość iskry zwiększyłaby się; ale gdyby zamiast szkła panel kwarcowy został umieszczony na ścieżce fal, Hertz nie zaobserwował zmniejszenia długości iskry. Wiedząc już, że Iskrze towarzyszy wytwarzanie światła ultrafioletowego, Hertz doszedł do wniosku, że to promieniowanie jest odpowiedzialne za wzrost przewodności drugiej iskry i przedłożył pamiętnik na ten temat. Nie badał dalej tego efektu, ponieważ nie był to główny cel jego badań, ani nie próbował wyjaśnić, w jaki sposób obserwowane zjawisko zostało wywołane. Jego eksperymenty wzbudziły jednak ogromne zainteresowanie wśród naukowców.

fale radiowe

w 1887 Hertz eksperymentował z falami radiowymi w swoim laboratorium. Hertz zastosował jako chłodnicę iskrownik napędzany cewką Ruhmkorffa i metrową parę przewodów. Metalowe kule były obecne na końcach, aby dostosować właściwości elektryczne obwodu. Jego odbiornik był niczym więcej niż zakrzywionym drutem z iskrownikiem.

poprzez eksperymenty udowodnił, że fale elektromagnetyczne mogą przemieszczać się na pewną odległość w powietrzu. Przewidywali to James Clerk Maxwell i Michael Faraday. Przy jego konfiguracji aparatury, pole elektryczne i magnetyczne promieniowałyby z przewodów jako fale. Hertz ustawił oscylator około 12 metrów od cynkowej płyty odbijającej, aby wytworzyć fale stojące, podobne do sposobu, w jaki nuta muzyczna jest wytwarzana przez fale dźwiękowe pogłosowe w tubie o określonej długości. Każda fala miała około czterech metrów długości. Za pomocą detektora pierścieniowego zarejestrował zmiany wielkości i kierunku fal. Hertzowi nie udało się jednak jednoznacznie zmierzyć prędkości fal. Początkowo uważał, że prędkość jest nieskończona; inna seria pomiarów wykazała dużą rozbieżność między prędkością fal w przewodzie a w powietrzu. Później badacze rozwiązali te różnice i wykazali, że fale poruszają się z prędkością światła.

podobnie jak wielu ówczesnych naukowców, Hertz nie rozumiał szeroko zakrojonych potencjalnych zastosowań jego produkcji i wykrywania promieniowania elektromagnetycznego. Jego pierwotnym celem było wykazanie pewnych zasad zawartych w teorii Maxwella. Gdyby inni, jak Lodge i Fitzgerald, nie pracowali w tej samej dziedzinie, jego praca i jej zastosowania mogłyby nie być dobrze zrozumiane.

o swoim odkryciu powiedział:

to bez sensu … to tylko eksperyment, który udowadnia, że Maestro Maxwell miał rację-mamy tylko te tajemnicze fale elektromagnetyczne, których nie widzimy gołym okiem. Ale oni tam są.

zapytany o konsekwencje swoich odkryć, Hertz odpowiedział: „chyba nic.”Jego odkrycia zostaną później lepiej zrozumiane przez innych i staną się częścią nowej „ery bezprzewodowej”.”

potrzeba było bardziej praktycznych ludzi, takich jak Nikola Tesla i Guglielmo Marconi, aby zrozumieć praktyczną zaletę używania fal do wysyłania wiadomości na duże odległości. Hertz nie żył wystarczająco długo, aby zobaczyć rozkwit nowej technologii opartej na jego odkryciach.

• Hertz (Hz) został ustanowiony na cześć Hertza w 1930 roku jako jednostka miary częstotliwości, pomiar liczby razy, że powtarzające się zdarzenie występuje na jednostkę czasu (zwany także „cykli na sekundę”).
• w 1969 (NRD) został odlany medal pamiątkowy Heinricha Hertza.
• ustanowiony w 1987 roku Medal IEEE Heinricha Hertza za wybitne osiągnięcia w dziedzinie fal Hertzowskich wręczany corocznie jednostce za osiągnięcia teoretyczne.
• krater, który leży po drugiej stronie Księżyca, tuż za wschodnią kończyną, został nazwany na jego cześć.

uwagi

• Bodanis David 2005. Electric Universe: How Electricity Switched 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. Nowy Jork: Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników. ISBN 0879427108
• Buchwald, Jed Z. 1994. Tworzenie efektów naukowych: Heinrich Hertz i fale elektryczne. 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. Obrazy mechanistyczne w formie geometrycznej: zasady mechaniki Heinricha Hertza. New York: Oxford University Press. 50-62. ISBN 0198567375
• Susskind, Charles. 1995. Heinrich Hertz: Krótkie Życie. San Francisco: San Francisco Press. ISBN 0911302743

wszystkie linki pobrano 13 grudnia 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. Cornell University Library Historical Monographs Collection. {Przedruk} Cornell University Library Digital Collections.