Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz

född

22 februari 1857
Hamburg, Tyskland

död

1 januari 1894

Bonn, Tyskland

bostad

Tyskland

nationalitet

tyska

fält

fysiker och elektronikingenjör

institutioner

University of Kiel
University of Karlsruhe
University of Bonn

Alma mater

University of Munich
University of Berlin

akademisk rådgivare

Hermann von Helmholtz

känd för

elektromagnetisk strålning

Heinrich Rudolf Hertz (Februari 22, 1857 – 1 januari 1894) var en tysk fysiker som var den första som på ett tillfredsställande sätt demonstrerade förekomsten av elektromagnetiska strålningsvågor genom att bygga en apparat för att producera och detektera dem. Hans upptäckt var ett viktigt steg på vägen till användningen av radiovågor i kommunikation och sändning och användningen av alla de många osynliga oktaverna i det elektromagnetiska spektrumet till mänsklighetens tjänst.

som en pionjär som öppnade fönstret på den osynliga men mycket verkliga världen av elektromagnetism hade Hertz ingen grund för att ens föreställa sig de många användningsområden som dessa elektromagnetiska vågor kunde sättas på. Den uppgiften skulle falla till andra som drar nytta av hans upptäckt.

biografi

tidiga år

Heinrich Rudolf Hertz föddes i Hamburg, Tyskland, den 22 februari 1857, den äldsta av de fem barnen till Gustav Ferdinand Hertz och Anna Elisabeth Pfefferkorn. Hertz farfar konverterade från judendom till Lutheranism och gifte sig med en luthersk familj. Hans far var en advokat som tillhörde Hamburgs senat, hans mor var dotter till en läkare. Både Hertz far och mor var lutherska.

i sin ungdom visade Hertz en avancerad förmåga till matematik och tog extra geometrilektioner på söndagar. Han rankades oftare än inte först i sin klass. Han hade också en stark affinitet för språk och lärde sig snabbt Latin, grekiska, arabiska och Sanskrit. Samtidigt visade han en anläggning för det praktiska i teckning, skulptur och hantverk. För att kombinera dessa intressen fortsatte han först en karriär inom ingenjörskonstruktion.

universitetsutbildning

år 1875 tillbringade Hertz ett år på en byggnadsavdelning i Frankfort. Han deltog sedan polytechnic i Dresden, och var särskilt förtjust i de matematiska föreläsningar som ges där, men tog också ett stort intresse för historia och filosofi. Efter bara en termin i Dresden gick han med i militären och tillbringade ett år i aktiv tjänst. År 1877 anmälde han sig till polytechnic i Munich och ändrade sin major till fysik. Under denna tid, uppmuntrad av sina lärare, studerade han originalverk av kända fysiker som Isaac Newton, Gottfried Leibniz, Joseph Lagrange och Pierre-Simon Laplace.

Hertz var missnöjd med nivån på fysikutbildning i Munich, så han flyttade till Berlin. Där studerade han i Hermann von Helmholtz laboratorium och vann ett pris för undersökning av tröghet i elektriska strömmar. Hertz kunde visa att trögheten hos en ström var liten eller obefintlig; detta resultat sammanfaller med teoretisk forskning som Helmholtz gjorde om elektromagnetisk teori. Under denna period deltog han i föreläsningar av Gustav Kirchhoff om mekanik. Även om han skulle bli känd för sina elektriska undersökningar var Hertzs verk om mekanik också betydande.

år 1879 övervägde han, men avslog, ett förslag från Helmholtz att bestämma förekomsten av en elektrisk ström i en dielektrisk, det isolerande materialet mellan två ledare som används för att lagra elektrisk laddning. James Clerk Maxwell hade förutspått förekomsten av sådana strömmar. Men Hertz övertygade Helmholtz om att studien skulle ta längre tid än det var värt.

Hertz erhöll sin doktorsexamen 1880 och fortsatte att arbeta i Helmholtz laboratorium fram till 1883. Som assistent till Helmholtz i Berlin lämnade Hertz memoarer om avdunstning av vätskor, en ny typ av hygrometer och ett grafiskt sätt att bestämma egenskaperna hos fuktig luft.

han publicerade också artiklar om vad som skulle bli känt som kontaktmekanikens fält. Hertz analyserade de mekaniska deformationerna av två kolliderande elastiska sfärer, och från detta kom fram till en ny definition av hårdhet som han hoppades skulle vara till nytta för mineraloger.

år 1883 accepterade Hertz en tjänst som lektor i teoretisk fysik vid universitetet i Kiel. 1885 blev han professor vid universitetet i Karlsruhe där han upptäckte elektromagnetiska vågor. Den 31 juli samma år gifte han sig med Elizabeth Doll, dotter till Max Doll, en föreläsare i geometri.

fotoelektrisk effekt

år 1886 inledde Hertz en serie experiment för att klargöra några av de teoretiska förutsägelserna av Maxwells elektromagnetiska teori. Vid den här tiden upptäckte han nyttan av ett gnistgap och insåg att dess regelbundna effekter skulle göra det möjligt för honom att undersöka de frågor som lämnades obesvarade när han avslog Helmholtzs forskningsidee. Under dessa experiment märkte han vad som först var en oönskad bieffekt: att ett gnistgap släpptes lättare när ett annat gnistgap aktiverades. Hertz spårade denna effekt till närvaron av ultravioletta ljusvågor genererade från det andra gnistgapet, vilket, när de nådde det första, främjade strömflödet, vilket underlättar urladdningen. Efter att ha löst detta problem återvände Hertz till det ursprungliga syftet med sin forskning. Detta fenomen kallades senare den fotoelektriska effekten och blev ämnet för ett berömt papper av Albert Einstein som vann honom ett Nobelpris.

elektromagnetiska vågor

Hertz ville visa att hastigheten på elektromagnetiska vågor var ändlig i luft och i vakuum och därmed slutsatsen att luft och dielektriska isolatorer fungerar på samma sätt. Han märkte först att han fick en mycket större reaktion vid sitt andra gnistgap än vad som skulle tillåtas av de normala lagarna för förökning av kraft, som i allmänhet förutsäger en minskad handling med avstånd. Från detta insåg han att han producerade elektromagnetiska vågor, som behöll sin handlingskraft över längre avstånd. Inte bara kunde han producera och upptäcka dessa vågor, men han bestämde också deras egenskaper, såsom reflektion och brytning. Hans resultat, som han publicerade 1887, accepterades snabbt av det vetenskapliga samfundet. När de publicerades av andra, som fysiker Oliver Lodge och George Fitzgerald, som arbetade inom samma område, lanserade hans resultat snart en fullskalig ansträngning för att använda fenomenen för kommunikationsändamål, vilket resulterade i uppfinningen av radio i slutet av nästa decennium. En av Hertz studenter, Philipp Lenard, fortsatte Hertz elektriska undersökningar av katodstrålar.

efter sitt arbete med elektromagnetiska vågor vände sig Hertz till ett av sina ursprungliga intresseområden, mekanik. Han skrev ett viktigt arbete, mekanikens principer presenterade i en ny Form, som försökte ta bort tvetydighet och förvirring i de olika presentationerna fram till den tiden.

år 1892 diagnostiserades en infektion (efter svår migrän) och Hertz genomgick vissa operationer för att korrigera sjukdomen. Han dog av blodförgiftning vid 36 års ålder i Bonn, Tyskland.

hans brorson Gustav Ludwig Hertz var Nobelprisvinnare och Gustavs son Carl Hellmuth Hertz uppfann medicinsk ultraljud.

upptäckter

år 1887 gjorde Hertz observationer av den fotoelektriska effekten och av produktion och mottagning av elektromagnetiska vågor, som han publicerade i tidskriften Annalen der Physik. Hans mottagare var en spole med en spänningsskillnad upprätthållen över ett gnistgap, vilket skulle ge en gnista i närvaro av elektromagnetiska vågor (som producerades av en sändare gnistspole). Han placerade apparaten med den mottagande gnistgapet i en mörkare låda för att se gnistan bättre och observerade istället att den maximala gnistlängden var mindre när den var i lådan. Att sätta en glaspanel mellan vågkällan och det mottagande gnistgapet orsakade också en försvagning av gnistan.

när den mellanliggande glaspanelen avlägsnades skulle gnistlängden öka; men om istället för glas sattes en kvartspanel i vågens väg, observerade Hertz ingen minskning av gnistlängden. Hertz visste redan att en gnista åtföljs av produktionen av ultraviolett ljus och drog slutsatsen att denna strålning var ansvarig för ökningen av konduktiviteten hos det andra gnistgapet och lämnade in en memoar om ämnet. Han undersökte inte denna effekt ytterligare, eftersom det inte var huvudfokus för hans forskning, och han gjorde inte heller några försök att förklara hur det observerade fenomenet uppstod. Hans experiment skapade dock ett enormt intresse bland forskare.

radiovågor

1887 experimenterade Hertz med radiovågor i sitt laboratorium. Hertz använde en Ruhmkorff spoldriven gnistgap och en meter trådpar som en radiator. Metalliska sfärer var närvarande vid ändarna för att justera kretsens elektriska egenskaper. Hans mottagare var inte mycket mer än en krökt tråd med ett gnistgap.

genom experiment bevisade han att elektromagnetiska vågor kan färdas över ett visst avstånd genom luften. Detta hade förutsagts av James Clerk Maxwell och Michael Faraday. Med sin apparatkonfiguration skulle de elektriska och magnetiska fälten stråla bort från ledningarna som vågor. Hertz hade placerat oscillatorn cirka 12 meter från en zinkreflekterande platta för att producera stående vågor, på samma sätt som en musiknot produceras av ljudvågor som efterklang i ett rör med en bestämd längd. Varje våg var ungefär fyra meter lång. Med hjälp av ringdetektorn registrerade han hur vågornas storlek och riktning varierade. Hertz misslyckades dock med att slutgiltigt mäta vågornas hastighet. Först trodde han att hastigheten var oändlig; en annan serie mätningar visade en stor skillnad mellan våghastigheten i en tråd och genom luften. Senare utredare löste dessa skillnader och visade att vågorna rör sig med ljusets hastighet.

Legacy

liksom många av hans tids forskare förstod Hertz inte de omfattande potentiella tillämpningarna av hans produktion och detektering av elektromagnetisk strålning. Hans ursprungliga syfte var att visa vissa principer i Maxwells teori. Hade inte andra, som Lodge och Fitzgerald, arbetat inom samma område, hade hans arbete och dess tillämpningar kanske inte varit väl förstådda.

av hans upptäckt, sa han:

det är ingen nytta alls … det här är bara ett experiment som visar att Maestro Maxwell hade rätt—vi har bara dessa mystiska elektromagnetiska vågor som vi inte kan se med blotta ögat. Men de är där.

på frågan om konsekvenserna av hans upptäckter svarade Hertz: ”ingenting, antar jag.”Hans upptäckter skulle senare bli mer fullständigt förstådda av andra och vara en del av den nya ”trådlösa åldern.”

det tog mer praktiska människor som Nikola Tesla och Guglielmo Marconi att förstå den praktiska fördelen med att använda vågorna för att skicka meddelanden över långa avstånd. Hertz levde inte tillräckligt länge för att se blomningen av den nya tekniken baserad på hans upptäckter.

utmärkelser

• hertz (Hz) grundades till Hertz ära 1930 som en måttenhet för frekvens, En mätning av antalet gånger som en upprepad händelse inträffar per tidsenhet (även kallad ”cykler per sekund”).
• 1969 (Östtyskland) kastades en Heinrich Hertz minnesmedalj.
• IEEE Heinrich Hertz-medaljen, som grundades 1987, är för enastående prestationer i Hertzian-vågor som årligen presenteras för en individ för teoretiska prestationer.
• en krater som ligger på månens bortre sida, precis bakom den östra lemmen, heter till hans ära.

anteckningar

• Bodanis, David. 2005. Elektriskt universum: Hur El slog på den moderna världen. New York: Three Rivers Press. ISBN 0307335984
• Bryant, John H. 1988. Heinrich Hertz, början på mikrovågor: upptäckt av elektromagnetiska vågor och öppning av det elektromagnetiska spektrumet av Heinrich Hertz under åren 1886-1892. New York: Institutet för elektriska och elektroniska ingenjörer. ISBN 0879427108
• Buchwald, Jed Z. 1994. Skapandet av vetenskapliga effekter: Heinrich Hertz och elektriska vågor. Chicago: University of Chicago Press. ISBN 0226078876
• Dahl, P. F. 1997. Blixt av Katodstrålarna: en historia av J. J. Thomsons elektron. Bristol: Institutet för fysik Pub. ISBN 0750304537
• l Exceptzen, Jesper. 2005. Mekanistiska bilder i geometrisk Form: Heinrich Hertz principer för Mekanik. New York: Oxford University Press. 50-62. ISBN 0198567375
• Susskind, Charles. 1995. Heinrich Hertz: Ett Kort Liv. San Francisco: San Francisco Press. ISBN 0911302743

alla länkar hämtad December 13, 2017.

• John D. Jenkins, ”upptäckten av radiovågor – 1888; Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894).”sparkmuseum.com.
• ” Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894).”Corrosion-doctors.org.
• elektriska vågor: att undersöka utbredningen av elektrisk verkan med ändlig hastighet genom rymden av Heinrich Rudolph Hertz. Cornell University Library Historiska Monografier Samling. {Omtryckt av} Cornell University Library digitala samlingar.