v sérii brilantních experimentů Heinrich Hertz objevil rádiové vlny a zjistil, že teorie elektromagnetismu Jamese Clerka Maxwella je správná.
Hertz také objevil fotoelektrický efekt a poskytl jedno z prvních vodítek k existenci kvantového světa. Jednotka frekvence, hertz, je pojmenována na jeho počest.
Začátek
Heinrich Rudolf Hertz se narodil 22. února 1857 v německém přístavním městě Hamburk. Byl prvorozeným z pěti dětí.
jeho matkou byla Anna Elisabeth Pfefferkornová, Dcera lékaře.
jeho otcem byl Gustav Ferdinand Hertz, advokát, který se stal senátorem.
jeho dědeček z otcovy strany, bohatý židovský obchodník, se oženil s luteránskou rodinou a konvertoval ke křesťanství.
oba Heinrichovi rodiče byli luteráni a byl vychován v této víře. Jeho rodiče se však více zajímali o jeho vzdělání než o jeho náboženské postavení.
Škola
ve věku šesti let začal Heinrich na škole Dr. Wicharda Lange v Hamburku. Jednalo se o soukromou školu pro chlapce, kterou vedl slavný pedagog Friedrich Wichard Lange. Škola provozuje bez náboženského vlivu; to používá dítě-střed výukových metod, s přihlédnutím studentů individuální rozdíly. Bylo to také přísné; od studentů se očekávalo, že budou tvrdě pracovat a soutěžit mezi sebou, aby byli špičkou třídy. Heinrich si užíval svého času ve škole, a skutečně byl špičkou své třídy.
neobvykle, Dr. Langeova škola neučila řečtinu a latinu – klasiku-potřebnou pro vstup na univerzitu. Velmi mladý Heinrich řekl svým rodičům, že se chce stát inženýrem. Když pro něj hledali školu, rozhodli se, že nejlepší možností je alternativní zaměření Dr. Lange, které zahrnovalo vědy.
Heinrich Hertz, ve věku asi 12 let, se svým otcem, matkou a dvěma mladšími bratry.
Heinrichova matka byla obzvláště nadšená jeho vzděláním. Uvědomil si, že má přirozený talent na výrobu věcí a kreslení, uspořádala pro něj v neděli lekce návrhářství na technické škole. Začal s nimi ve věku 11 let.
domácí škola a stavební vědecké přístroje
ve věku 15 let opustil Heinrich školu Dr. Lange, aby se vzdělával doma. Rozhodl se, že by snad nakonec chtěl jít na univerzitu. Nyní dostal doučování v řečtině a latině, aby ho připravil na zkoušky.
vynikal v jazycích, dar, který zřejmě zdědil po svém otci.
Profesor Redslob, jazykový specialista, který dal Heinrichovi nějakou výuku v arabštině, radil svému otci, aby se Heinrich stal studentem orientálních jazyků. Nikdy předtím nepotkal nikoho s větším přirozeným talentem.
Heinrich také začal studovat vědy a matematiku doma, opět s pomocí soukromého učitele.
měl obrovskou chuť k tvrdé práci. Jeho matka řekla:
když seděl se svými knihami, nic ho nemohlo rušit ani ho od nich neodvést.
přestože opustil svou normální školu, pokračoval v neděli ráno na technické škole.
ve večerních hodinách pracoval rukama. Naučil se obsluhovat soustruh. Stavěl modely a začal konstruovat stále sofistikovanější vědecké přístroje, jako je spektroskop. Tento přístroj použil k provádění vlastních experimentů s fyzikou a chemií.
Architektury a Armády
ve Věku 17, Heinrich vrátil do školy, Johanneum, za rok, aby se plně připravit na klasiku zkoušky na vš. Poté, co složil zkoušky, okamžitě změnil názor a rozhodl se stát se učedníkem architekta. Se přestěhoval do Frankfurtu, kde přes den pracoval v kanceláři architekta a večer četl knihy o fyzice v němčině, a staré řecké literatury v původní Starověké řecké – přirozeně!
Architektura ho rychle nudila.
na jaře 1876, ve věku 19 let, se znovu přestěhoval do Drážďan, aby studoval strojírenství. Po několika měsících byl odveden do armády na roční povinnou službu. Ačkoli si užíval disciplínu armádního života, zjistil, že armáda je nudná. Poněkud bídně, napsal v jednu chvíli domů:
“ … den za dnem si více uvědomuji, jak zbytečný zůstávám v tomto světě.“
mezitím jeho zájem o matematiku a fyziku stále rostl.
Hertz Života v Kontextu
Hertz života a života související s vědci a matematici.
Stává Vědec
Fyzika v Mnichově
Po dokončení jeho vojenské služby, 20-rok-starý Hertz přestěhoval do Mnichova begin inženýrský kurz v říjnu 1877. O měsíc později, po velkém vnitřním utrpení, vypadl z kurzu. Rozhodl se, že se především chce stát fyzikem.
On se zapsal na Univerzitě v Mnichově, výběr kurzů v pokročilé matematiky a mechaniky, experimentální fyziky a experimentální chemie.
po úspěšném roce v Mnichově se přestěhoval na univerzitu v Berlíně, protože měl lepší fyzikální laboratoře než Mnichov.
Berlín, Helmholtzova a Uznání
V Berlíně, ve věku 21, Hertz začal pracovat v laboratořích velký fyzik Hermann von Helmholtz.
Helmholtz musel v Hertzovi rozpoznat vzácný talent a okamžitě ho požádal, aby pracoval na problému, jehož řešení ho zvláště zajímalo. Problém byl předmětem tvrdé debaty mezi Helmholtzem a dalším fyzikem jménem Wilhelm Weber.
Katedra filozofie Berlínské univerzity s helmholtzovým povzbuzením nabídla cenu každému, kdo by mohl problém vyřešit: pohybuje se elektřina setrvačností? Alternativně bychom mohli otázku formulovat ve formě: má elektrický proud hmotnost? Nebo, jak je rámováno Hertzem: má elektrický proud kinetickou energii?
Hertz začal pracovat na problému a rychle upadl do příjemné rutiny: účast na přednášce každé ráno v analytické dynamice nebo elektrice & magnetismus, provádění experimentů v laboratoři do 4pm, pak čtení, výpočet a myšlení večer.
osobně navrhl experimenty, o kterých si myslel, že by odpověděly na Helmholtzovu otázku. Začal opravdu bavit, psaní domů:
„nemohu vám říct, jak mnohem větší uspokojení mi to dává, jak získat znalosti pro sebe a pro ostatní přímo z přírody, spíše než být pouze učení se od druhých a sebe sama.“
Cena
V srpnu 1879, ve věku 22, Hertz získal cenu – zlatou medaili. V sérii vysoce citlivých experimentů prokázal, že pokud má elektrický proud vůbec nějakou hmotnost, musí být neuvěřitelně malý. Musíme mít na paměti, že když Hertz provedl tuto práci, elektron – nosič elektrického proudu – nebyl ani objeven. Objev J. J. Thomsona byl učiněn v roce 1897, 18 let po Hertzově práci.
1.109 x 1030 elektronů má hmotnost 1 kg.
hmotnost 1.109 x 1030 lidí by se rovnalo více než 30 solárním systémům, jako je naše vlastní.
hmotnost elektronu je skutečně nepatrná.
Ostatní fyzici začali všímat, jak oslňující Hertz práce byla – mladý student se dát dohromady experimenty v popředí fyzikální, osobně úprava zařízení podle potřeby. Jeho praktické dovednosti, rozvinuté doma ve večerních hodinách, se ukázaly jako neocenitelné. Jeho oceněná práce byla publikována v prestižním časopise Annalen der Physik.
Uznávajíce neuvěřitelný talent měl ve své laboratoři, Helmholtzova teď zeptal, Hertz, aby soutěžit o cenu nabízených Berlínské Akademie: ověření James Clerk Maxwell ‚ s teorie elektromagnetismu. Maxwell v roce 1864 prohlásil, že světlo je elektromagnetická vlna a že mohou existovat i jiné typy elektromagnetických vln.
doktor fyziky
Hertz tento projekt odmítl; věřil, že pokus bez záruky úspěchu bude trvat několik let práce. Byl ambiciózní a chtěl rychle zveřejnit nové výsledky, aby si vytvořil pověst.
místo toho, aby pracoval pro cenu, provedl mistrovský tříměsíční projekt elektromagnetické indukce. Napsal to jako diplomovou práci. V únoru 1880, ve věku 23 let, mu jeho práce přinesla udělení doktorátu z fyziky. Helmholtz ho rychle jmenoval asistentem profesora. O rok později Hertz napsal:
„jsem stále vědom, a ve více směrech, než se očekávalo, že jsem ve středu své vlastní oblasti; a ať už je to bláznovství nebo moudrost, to je velmi příjemný pocit.“
Hertz zůstal v Helmholtz laboratoř až do roku 1883, během nichž publikoval 15 článků v akademických časopisech.
matematická fyzika v Kielu
Hertz byl nadaný experimentální fyzik, ale soutěž o zajištění přednášky v Berlíně byla vysoká.
místo toho se Hertz s Helmholtzovou podporou stal přednášejícím matematické fyziky na univerzitě v Kielu. Tato pozice, spíše teoretická než experimentální, rozšířila jeho schopnosti. V Kielu začal dostat se vypořádat s, Maxwellovy rovnice, psát ve svém deníku:
„Těžké na Maxwellian elektromagnetismus ve večerních hodinách. Nic než elektromagnetismus.“
výsledkem Hertz práce byla vysoce ceněna papír srovnání Maxwellovy elektromagnetické teorie s konkurenčními teoriemi. Dospěl k závěru, že Maxwellova teorie vypadá nejslibněji. Ve skutečnosti přepracoval Maxwellovy rovnice do pohodlnější podoby.
později napsal:
“ od začátku byla Maxwellova teorie nejelegantnější ze všech… základní hypotéza Maxwellovy teorie odporovala obvyklým názorům a nebyla podložena důkazy z rozhodujících experimentů.“
Objev Rádiových Vln
Pokud byste chtěli poněkud podrobnější technické účet Hertz objevil rádiové vlny, jednu máme tady.
Dobře Vybavené Laboratoře a Útočí na Největší Problém,
V Březnu 1885, se zoufale snaží vrátit do experimentální fyziky, Hertz přesunut na Univerzitě v Karlsruhe. Ve věku 28 let si zajistil plnou profesuru. Ve skutečnosti mu byly nabídnuty další dvě plné profesury, znamení jeho vzkvétající pověsti. Vybral si Karlsruhe, protože měl nejlepší laboratorní vybavení.
Přemýšlel o tom, který směr jeho výzkumu by měly mít, jeho myšlenky driftoval na cenu práce Helmholtz se nepodařilo ho přesvědčit, aby to šest let dříve: dokazování Maxwellovy teorie pomocí experimentu.
Hertz se rozhodl, že tento mocný podnik bude zaměřen na jeho výzkum v Karlsruhe.
Jiskra, která Všechno Změnila
Po několika měsících experimentální studie, zdánlivě neproniknutelné hradby, že zmařil všechny pokusy dokázat, Maxwellovy teorie se začala rozpadat.
začalo to jiskrou.
začalo to náhodným pozorováním počátkem října 1886, kdy Hertz ukazoval studentům elektrické jiskry. Hertz začal hluboce přemýšlet o jiskrách a jejich účincích v elektrických obvodech. Začal řadu experimentů, které různými způsoby vytvářely jiskry.
objevil něco úžasného. Jiskry vytvářely pravidelné elektrické vibrace v elektrických vodičích, mezi nimiž skočily. Vibrace se pohybovaly sem a tam častěji každou sekundu než cokoli, s čím se Hertz ve své elektrické práci kdy setkal.
věděl, že vibrace jsou tvořeny rychle se zrychlujícími a zpomalujícími elektrickými náboji. Pokud by Maxwellova teorie měla pravdu, tyto náboje by vyzařovaly elektromagnetické vlny, které by procházely vzduchem stejně jako světlo.
výroba a detekce rádiových vln
v listopadu 1886 Hertz zkonstruoval přístroj znázorněný níže.
Oscilátor. Na koncích jsou dvě duté zinkové koule o průměru 30 cm. Koule jsou připojeny k měděným drátům, které vedou do středu, kde je mezera pro jiskry.
použil vysokonapěťovou a. C. elektřinu přes centrální jiskřiště a vytvořil jiskry.
jiskry způsobily prudké impulsy elektrického proudu uvnitř měděných vodičů. Tyto impulsy se ozývaly uvnitř vodičů a stoupaly tam a zpět rychlostí zhruba 100 milionů za sekundu.
jak Maxwell předpověděl, oscilační elektrické náboje vytvářely elektromagnetické vlny-rádiové vlny – které se šířily vzduchem kolem drátů. Některé vlny dosáhly smyčky měděného drátu vzdálené 1,5 metru a vytvářely v ní rázy elektrického proudu. Tyto rázy způsobily, že jiskry skočily přes jiskřiště ve smyčce.
jednalo se o experimentální triumf. Hertz produkoval a detekoval rádiové vlny. Předával elektrickou energii vzduchem z jednoho zařízení do druhého umístěného přes metr daleko. Nebyly potřeba žádné spojovací vodiče.
Vezmeme-li to dále
v příštích třech letech, v sérii brilantních experimentů, Hertz plně ověřil Maxwellovu teorii. Je prokázáno nade vší pochybnost, že jeho přístroj byl produkovat elektromagnetické vlny, které prokazují, že energie vyzařující z jeho elektrické oscilátory by mohlo být odráží, láme, produkovat rušivé vzory, a vytvářejí stojaté vlnění stejně jako světlo.
Hertz experiment dokázal, že rádiové vlny a světelné vlny jsou součástí stejné rodiny, které dnes nazýváme elektromagnetické spektrum.
elektromagnetické spektrum. Hertz objevil rádiovou část spektra.
kupodivu však Hertz neocenil monumentální praktický význam elektromagnetických vln, které vytvořil.
„nemyslím si, že bezdrátové vlny zjistil jsem, bude mít nějaké praktické využití.“
bylo to proto, že Hertz byl jedním z nejčistších čistých vědců. Zajímal se pouze o navrhování experimentů, které lákaly přírodu, aby mu odhalila její tajemství. Jakmile toho dosáhl, šel by dál a nechal jakékoli praktické aplikace, které by ostatní mohli využít.
vlny, které Hertz poprvé vytvořil v listopadu 1886, rychle změnily svět.
do roku 1896 požádal Guglielmo Marconi o patent na bezdrátovou komunikaci. Do roku 1901 vysílal bezdrátový signál přes Atlantický oceán z Británie do Kanady.
Hertzův objev byl základním kamenem pro většinu naší moderní komunikační technologie. Rádio, televize, satelitní komunikace a mobilní telefony se na to spoléhají. Dokonce i mikrovlnné trouby používají elektromagnetické vlny: vlny pronikají do jídla a rychle je zahřívají zevnitř.
naše schopnost detekovat rádiové vlny také změnila vědu o astronomii. Radioastronomie nám umožnila „vidět“ funkce, které ve viditelné části spektra nevidíme. A protože blesk vysílá rádiové vlny, můžeme dokonce poslouchat bleskové bouře na Jupiteru a Saturnu.
vědci i nevědci dluží hodně Heinrichovi Hertzovi.
Fotoelektrického jevu
V roce 1887, jako součást jeho práce na elektromagnetismus, Hertz uvádí jev, který měl obrovské důsledky pro budoucí fyziky a naše základní chápání vesmíru. To přišlo být známý jako fotoelektrický efekt.
svítil ultrafialovým světlem na elektricky nabitý kov a pozoroval, že UV světlo zřejmě způsobuje, že kov ztrácí svůj náboj rychleji než jinak.
dílo sepsal, publikoval v Annalen der Physik a přenechal ho ostatním, aby ho mohli sledovat. Pro samotného Hertze by to byl fascinující fenomén, ale v té době byl ve svém projektu Maxwell příliš likvidován.
experimentátoři spěchali, aby prozkoumali nový fenomén, který Hertz oznámil.
V Roce 1899 J. J. Thomson, objevitel elektronu, zjistil, že ultrafialové světlo skutečně vysunulo elektrony z kovu.
to vedlo Alberta Einsteina k přehodnocení teorie světla. V roce 1905 správně navrhl, že světlo přichází v odlišných paketech energie nazývaných fotony. Fotony ultrafialového světla mají správné množství energie pro interakci s elektrony v kovech, což dává elektronům dostatek energie k úniku z kovu.
Einsteinovo vysvětlení fotoelektrického jevu bylo jedním z klíčových faktorů při konstrukci zcela nového způsobu popisu událostí atomového měřítka-kvantové fyziky. Einstein získal Nobelovu cenu za fyziku v roce 1921 za vysvětlení účinku, který Hertz objevil před 34 lety.
fotoelektrický jev. Fotony UV světla nesou správné množství energie pro vysunutí elektronů z kovu.
některé osobní údaje a konec
v roce 1886 se Hertz ve věku 29 let oženil s Elisabeth Doll v Karlsruhe. Byla dcerou matematika. Měli dvě dcery, Johannu a Mathildu. Mathilde se stala vlivným biologem a objevovala podnětné objevy v oblasti toho, jak zvířata řeší problémy.
ve věku 35 let se Hertz stal velmi nemocným a trpěl těžkými migrénami. Lékaři si mysleli, že má infekci. Provedli řadu operací, ale Hertz se nadále zhoršoval.
Heinrich Rudolf Hertz zemřel ve věku 36 v Bonnu dne 1. ledna 1894 z cév zánět vyplývající z imunitní systém problémy – konkrétně granulomatózy s polyangiitidou. Byl pohřben ve svém rodném městě Hamburku na hřbitově v Ohlsdorfu.
v roce 1930 byla jednotka frekvence pojmenována hertz mezinárodní elektrotechnickou Komisí. V roce 1960 byla jednotka oficiální Generální konferencí o váhách a Měrách.
Autor této stránky: Doc
Obrázky digitálně vylepšené a kolorovány této webové stránky. © Všechna práva vyhrazena.
citujte tuto stránku
použijte prosím následující citaci vyhovující MLA:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
Publikováno Slavnýmivědci.org
další čtení
Heinrich Hertz
elektrické vlny
Macmillan and Co., 1893
Sir Oliver Lodge
práce Hertz a někteří jeho nástupci
D. van Nostrand Company, 1894
Rollo Appleyard
Průkopníků Elektrické Komunikace: Heinrich Rudolf Hertz
Elektrické Komunikace, Č. 2, 2, p63-77, říjen 1927
G. R. M. Garratt
Rané Historii Rádio: Od Faraday, aby Marconi
NECH, 1994
Jed Z. Buchwald
Vytvoření Vědecké Účinky: Heinrich Hertz a Elektrické Vlny
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
Význam Hypotetického v Přírodních Vědách
Walter de Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (Editoři)
Heinrich Hertz: Klasická Fyzika, Moderní Filozof
Springer Science & Business Media, 2013