loistavien kokeiden sarjassa Heinrich Hertz löysi radioaallot ja todisti, että James Clerk Maxwellin teoria sähkömagnetismista on oikea.
Hertz löysi myös valosähköisen ilmiön, joka antoi yhden ensimmäisistä vihjeistä kvanttimaailman olemassaolosta. Taajuuden yksikkö, Hertsi, on nimetty hänen kunniakseen.
Beginnings
Heinrich Rudolf Hertz syntyi 22.helmikuuta 1857 saksalaisessa Hampurin satamakaupungissa. Hän oli viiden lapsen esikoinen.
hänen äitinsä oli Anna Elisabeth Pfefferkorn, lääkärin tytär.
hänen isänsä oli asianajaja Gustav Ferdinand Hertz, josta tuli senaattori.
hänen isänpuoleinen isoisänsä, varakas juutalainen liikemies, oli mennyt naimisiin luterilaiseen perheeseen ja kääntynyt kristinuskoon.
Heinrichin molemmat vanhemmat olivat luterilaisia, ja hänet kasvatettiin tässä uskossa. Hänen vanhempansa olivat kuitenkin kiinnostuneempia hänen koulutuksestaan kuin hänen uskonnollisesta asemastaan.
Koulu
kuusivuotiaana Heinrich aloitti Dr. Wichard Langen koulussa Hampurissa. Kyseessä oli yksityinen poikakoulu, jota johti kuuluisa pedagogi Friedrich Wichard Lange. Koulu toimi ilman uskonnollista vaikutusta; se käytti lapsikeskeisiä opetusmenetelmiä oppilaiden yksilölliset erot huomioiden. Se oli myös tiukka; oppilaiden odotettiin tekevän kovasti töitä ja kilpailevan keskenään ollakseen luokan parhaita. Heinrich nautti hänen aikaa koulussa, ja todellakin oli paras hänen Luokka.
poikkeuksellisesti tohtori Langen koulussa ei opetettu kreikkaa ja latinaa – niitä klassikoita – joita yliopistoihin pääsy edellytti. Hyvin nuori Heinrich kertoi vanhemmilleen haluavansa insinööriksi. Kun he etsivät hänelle koulua, he päättivät, että tohtori Langen vaihtoehtoinen painopiste, johon kuului tieteet, oli paras vaihtoehto.
Heinrich Hertz, noin 12-vuotias, isänsä, äitinsä ja kahden nuoremman veljensä kanssa.
Heinrichin Äiti suhtautui erityisen intohimoisesti hänen koulutukseensa. Huomattuaan, että hänellä oli luontainen kyky tehdä asioita ja piirtää, hän järjesti draftsmanship oppitunteja hänelle sunnuntaisin teknillisessä korkeakoulussa. Hän perusti nämä 11-vuotiaana.
Homeschool and Building Scientific equipment
15-vuotiaana Heinrich jätti tohtori Langen koulun opiskellakseen kotona. Hän oli päättänyt, että ehkä hän haluaisi sittenkin mennä yliopistoon. Nyt hän sai tutorointia Kreikan ja latinan valmistaa häntä tentit.
hän kunnostautui kielissä, lahjan hän näyttää perineen isältään.
professori Redslob, joka antoi Heinrichille jonkin verran opetusta arabiaksi, neuvoi isäänsä, että Heinrichin tulisi opiskella itämaisia kieliä. Koskaan aiemmin hän ei ollut tavannut ketään luonnonlahjakkaampaa.
Heinrich aloitti myös luonnontieteiden ja matematiikan opiskelun kotona, jälleen yksityisen kotiopettajan avustuksella.
hänellä oli valtava kova nälkä. Hänen äitinsä sanoi:
kun hän istui kirjojensa kanssa, mikään ei voinut häiritä häntä eikä vetää häntä pois niiden luota.
vaikka hän oli jättänyt normaalikoulun kesken, hän jatkoi teknillisessä korkeakoulussa käymistä sunnuntaiaamuisin.
iltaisin hän työskenteli käsillään. Hän oppi käyttämään sorvia. Hän rakensi malleja ja alkoi rakentaa yhä kehittyneempiä tieteellisiä laitteita, kuten spektroskooppia. Hän käytti tätä laitetta omiin fysiikan ja kemian kokeisiinsa.
Architecture and the Army
17-vuotias Heinrich palasi vuodeksi kouluun, Johanneumiin, valmistautuakseen täysipainoisesti yliopiston klassikkokokeisiin. Läpäistyään kokeet hän muutti heti mielensä ja päätti ryhtyä arkkitehdin oppipojaksi. Hän muutti Frankfurtiin, jossa hän päivisin työskenteli arkkitehdin toimistossa ja iltaisin hän luki fysiikan kirjoja saksaksi ja antiikin Kreikan kirjallisuutta alkuperäisellä Muinaiskreikalla-luonnollisesti!
Arkkitehtuuri kyllästytti hänet nopeasti.
keväällä 1876 hän muutti 19-vuotiaana jälleen Dresdeniin opiskelemaan insinööriksi. Vain muutaman kuukauden kuluttua hänet kutsuttiin armeijaan vuoden pakolliseksi palvelukseksi. Vaikka hän nautti armeijan kurista, armeija oli hänestä tylsä. Surkeasti hän kirjoitti kotiin:
” … päivä päivältä tulen tietoisemmaksi siitä, kuinka hyödyttömäksi jään tässä maailmassa.”
samaan aikaan hänen kiinnostuksensa matematiikkaan ja fysiikkaan jatkoi kasvuaan.
Hertzin elinikä kontekstissa
Hertzin elinikä ja siihen liittyvien tiedemiesten ja matemaatikkojen elinikä.
tiedemieheksi
fysiikaksi Münchenissä
suoritettuaan armeijapalveluksensa 20-vuotias Hertz muutti Müncheniin aloittamaan insinöörikurssin lokakuussa 1877. Kuukautta myöhemmin, pitkän sisäisen tuskan jälkeen, hän jätti kurssin kesken. Hän oli päättänyt, että ennen kaikkea hän halusi tulla fyysikko.
hän kirjoittautui Münchenin yliopistoon ja valitsi kursseja edistyneestä matematiikasta ja mekaniikasta, kokeellisesta fysiikasta ja kokeellisesta kemiasta.
menestyksekkään Münchenin vuoden jälkeen hän siirtyi Berliinin yliopistoon, koska siellä oli paremmat fysiikan laboratoriot kuin Münchenissä.
Berlin, Helmholtz, ja Recognition
Berliinissä Hertz aloitti 21-vuotiaana työskentelyn suuren fyysikon Hermann von Helmholtzin laboratorioissa.
Helmholtzin on täytynyt tunnistaa hertzissä esiintyvä harvinainen lahjakkuus, joka heti pyysi häntä työstämään ongelmaa, jonka ratkaisusta hän oli erityisen kiinnostunut. Ongelma oli aiheena kiivasta väittelyä välillä Helmholtz ja toinen fyysikko, jonka nimi Wilhelm Weber.
Berliinin yliopiston filosofian laitos oli Helmholtzin kannustamana tarjonnut palkinnon kaikille, jotka osasivat ratkaista ongelman: liikkuuko sähkö inertialla? Vaihtoehtoisesti voisimme kehystää kysymyksen muotoon: onko sähkövirralla massaa? Tai Hertzin kehystämänä: onko sähkövirralla liike-energiaa?
Hertz aloitti ongelman työstämisen ja sortui nopeasti miellyttävään rutiiniin: osallistuu joka aamu joko analyyttisen dynamiikan tai sähkön & magnetismin luennolle, suorittaa kokeita laboratoriossa klo 16 asti, sitten luetaan, lasketaan ja ajatellaan illalla.
hän suunnitteli henkilökohtaisesti kokeita, joiden hän arveli vastaavan Helmholtzin kysymykseen. Hän alkoi todella nauttia itsestään, kirjoittaa kotiin:
” en voi kertoa teille, kuinka paljon enemmän tyydytystä saan siitä, että saan tietoa itselleni ja muille suoraan luonnosta sen sijaan, että oppisin vain muilta ja vain itseltäni.”
palkinnon
elokuussa 1879 22 – vuotiaana Hertz voitti palkinnon-kultamitalin. Useissa erittäin herkissä kokeissa hän osoitti, että jos sähkövirralla on lainkaan massaa, sen on oltava uskomattoman pieni. Meidän on pidettävä mielessä, että kun Hertz suorittaa tämän työn elektroni – harjoittaja sähkövirran – ei ollut edes löydetty. J. J. Thomsonin löytö tehtiin vuonna 1897, 18 vuotta Hertzin työn jälkeen.
1.109 x 1030 elektronien massa on 1 kg.
massa 1.109 x 1030 ihmistä vastaisi yli 30 kaltaista aurinkokuntaa.
elektronin massa on todella pieni.
muut fyysikot alkoivat huomata, kuinka häikäisevä Hertzin työ oli-nuori opiskelija kokosi kokeita fysiikan eturintamassa ja muokkasi henkilökohtaisesti laitteita tarpeen mukaan. Hänen käytännön taitonsa, joita hän kehitti iltaisin kotona, osoittautuivat korvaamattomiksi. Hänen palkittu teoksensa julkaistiin arvostetussa Annalen der Physik-lehdessä.
tunnustaen uskomattoman lahjakkuutensa laboratoriossaan Helmholtz pyysi nyt Hertziä kilpailemaan Berliinin akatemian tarjoamasta palkinnosta: James Clerk Maxwellin sähkömagnetismin teorian todentamisesta. Maxwell oli todennut vuonna 1864, että valo on sähkömagneettinen aalto ja että myös muunlaisia sähkömagneettisia aaltoja voi olla olemassa.
fysiikan tohtori
Hertz kieltäytyi tästä hankkeesta; hän uskoi, että yritys ilman takeita onnistumisesta vaatisi useita vuosia työtä. Hän oli kunnianhimoinen ja halusi julkaista nopeasti uusia tuloksia vakiinnuttaakseen maineensa.
palkinnon sijaan hän toteutti mestarillisen kolmen kuukauden projektin sähkömagneettisen induktion parissa. Hän kirjoitti tämän opinnäytetyöksi. Helmikuussa 1880, iässä 23, hänen thesis toi hänelle palkinnon tohtorin fysiikan. Helmholtz nimitti hänet nopeasti apulaisprofessoriksi. Myöhemmin samana vuonna Hertz kirjoitti:
” tulen yhä tietoisemmaksi, ja enemmän kuin odotin, että olen oman alani keskipisteessä; ja oli se sitten hulluutta tai viisautta, se on hyvin miellyttävä tunne.”
Hertz pysyi Helmholtzin laboratoriossa vuoteen 1883, jona aikana hän julkaisi 15 tutkielmaa akateemisissa lehdissä.
matemaattinen fysiikka kielissä
Hertz oli lahjakas kokeellinen fyysikko, mutta kilpailu lectureshipin saamiseksi Berliiniin oli korkea.
sen sijaan Hertzistä tuli Helmholtzin tuella Kielin yliopiston matemaattisen fysiikan lehtori. Tämä kanta, pikemminkin teoreettinen kuin kokeellinen, laajennettu hänen kykyjään. At Kiel hän alkoi saada käsiinsä Maxwell n yhtälöt, kirjallisesti hänen päiväkirjaansa:
” Hard at Maxwellian electromagnetism in the evening. Vain sähkömagnetismia.”
tuloksena Hertz työ oli erittäin arvostettu paperi vertaamalla Maxwell ’ s sähkömagneettisen teorian kanssa kilpailevia teorioita. Hän päätteli, että Maxwellin teoria näytti kaikkein lupaavimmalta. Itse asiassa hän muokkasi Maxwellin yhtälöt kätevämpään muotoon.
hän kirjoitti myöhemmin:
”alusta asti Maxwellin teoria oli kaikista elegantein… Maxwellin teorian perushypoteesi oli ristiriidassa tavanomaisten näkemysten kanssa, eikä sitä tukenut ratkaisevista kokeista saatu näyttö.”
radioaaltojen löytyminen
jos haluatte hieman tarkemman teknisen selvityksen Hertzin radioaaltojen löytymisestä, meillä on sellainen tässä.
hyvin varustellut laboratoriot ja hyökännyt suurimpaan ongelmaan
maaliskuussa 1885 epätoivoisena palattuaan kokeellisen fysiikan pariin Hertz siirtyi Karlsruhen yliopistoon. 28-vuotiaana hän oli saanut täyden professuurin. Hän oli todella tarjotaan kaksi muuta täyttä professuuria, merkki hänen kukoistava Maine. Hän valitsi Karlsruhen, koska siellä oli parhaat laboratoriotilat.
Wondering siitä, mihin suuntaan hänen tutkimuksensa olisi toteutettava, hänen ajatuksensa ajautui palkinnon työtä Helmholtz ei ollut suostutella häntä tekemään kuusi vuotta aiemmin: todistaa Maxwell: n teoria kokeilemalla.
Hertz päätti, että tämä mahtava yritys olisi hänen tutkimuksensa painopiste Karlsruhessa.
kipinä, joka muutti kaiken
joitakin kuukausia kestäneiden kokeiden jälkeen, ilmeisesti murtumattomat muurit, jotka olivat tehneet tyhjäksi kaikki yritykset todistaa Maxwellin teoria, alkoivat murentua.
se alkoi kipinästä.
se alkoi sattumalähestymisellä lokakuun alussa 1886, kun Hertz näytti oppilaille sähköiskuja. Hertz alkoi miettiä syvästi kipinöitä ja niiden vaikutuksia sähköpiireissä. Hän aloitti sarjan kokeiluja, jotka synnyttivät kipinöitä eri tavoin.
hän löysi jotain ihmeellistä. Kipinät tuottivat säännöllistä sähkövärinää sähköjohtojen sisällä, joiden väliin ne hyppäsivät. Värähtely liikkui edestakaisin useammin joka sekunti kuin mikään, mitä Hertz oli koskaan aiemmin törmännyt sähkötöissään.
hän tiesi tärinän koostuvan nopeasti kiihtyvistä ja hidastuvista sähkövarauksista. Jos Maxwellin teoria olisi oikea, nämä varaukset säteilisivät sähkömagneettisia aaltoja, jotka kulkisivat ilman läpi aivan kuten valokin.
tuottavat ja havaitsevat radioaallot
marraskuussa 1886 Hertz rakensi alla esitetyn laitteen.
Oskillaattori. Päissä on kaksi onttoa sinkkipalloa, joiden halkaisija on 30 cm. Pallot on kytketty kuparijohtoihin, jotka kulkevat keskelle, jossa on rako kipinöiden hypätä välillä.
hän käytti korkeajännitteistä a. C. sähköä Keskisen kipinäaukon poikki synnyttäen kipinöitä.
kipinät aiheuttivat kuparijohdoissa voimakkaita sähkövirtapulsseja. Nämä pulssit kaikuivat johtojen sisällä ja velloivat edestakaisin noin 100 miljoonan sekuntivauhdilla.
kuten Maxwell oli ennustanut, värähtelevät sähkövaraukset tuottivat sähkömagneettisia aaltoja – radioaaltoja – jotka levittäytyivät ilmassa johtojen ympärille. Osa aalloista ulottui 1,5 metrin päässä olevaan kuparilankasilmukkaan, joka tuotti sen sisällä sähkövirtapiikkejä. Nämä syöksyt saivat kipinät hyppimään silmukassa olevan kipinävälin yli.
tämä oli kokeellinen riemuvoitto. Hertz oli tuottanut ja havainnut radioaaltoja. Hän oli siirtänyt sähköenergiaa ilman läpi laitteesta toiseen, joka sijaitsi yli metrin päässä. Liitosjohtoja ei tarvittu.
sen jatkaminen
seuraavien kolmen vuoden aikana Hertz todisti täysin Maxwellin teorian. Hän todisti kiistattomasti, että hänen laitteensa tuotti sähkömagneettisia aaltoja, mikä osoitti, että hänen sähköisistä oskillaattoreistaan säteilevä energia voisi heijastua, taittua, tuottaa häiriökuvioita ja tuottaa seisovia aaltoja aivan kuten valoa.
Hertzin koe osoitti, että radioaallot ja valoaallot kuuluivat samaan perheeseen, jota nykyään kutsutaan sähkömagneettiseksi spektriksi.
Sähkömagneettinen spektri. Hertz löysi radiospektrin.
kummallista kyllä Hertz ei kuitenkaan ymmärtänyt tuottamiensa sähkömagneettisten aaltojen monumentaalista käytännön merkitystä.
” en usko, että löytämilläni langattomilla aalloilla olisi mitään käytännön soveltamista.”
tämä johtui siitä, että Hertz oli yksi puhtaimmista puhtaista tiedemiehistä. Hän oli kiinnostunut vain suunnittelemaan kokeita houkutellakseen luonnon paljastamaan mysteerinsä hänelle. Kun hän oli saavuttanut tämän, hän siirtyisi eteenpäin, jättäen kaikki käytännön sovelluksia muiden hyödynnettäväksi.
marraskuussa 1886 syntyneet hertsin aallot muuttivat maailman nopeasti.
vuoteen 1896 mennessä Guglielmo Marconi oli hakenut patenttia langattomalle tietoliikenteelle. Vuoteen 1901 mennessä hän oli lähettänyt langattoman signaalin Atlantin valtameren yli Britanniasta Kanadaan.
Hertzin löytö oli suuren osan nykyaikaisesta viestintäteknologiastamme peruskivi. Radio, televisio, satelliittiviestintä ja matkapuhelimet ovat kaikki sen varassa. Jopa mikroaaltouunit käyttävät sähkömagneettisia aaltoja: aallot tunkeutuvat ruokaan ja kuumentavat sen nopeasti sisäpuolelta.
kykymme havaita radioaaltoja on muuttanut myös tähtitieteen tiedettä. Radioastronomia on antanut meille mahdollisuuden’ nähdä ’ piirteitä, joita emme näe spektrin näkyvässä osassa. Ja koska salama lähettää radioaaltoja, voimme kuunnella jopa Jupiterin ja Saturnuksen ukkosmyrskyjä.
sekä tiedemiehet että ei-tiedemiehet ovat paljon velkaa Heinrich Hertzille.
Valosähköinen ilmiö
vuonna 1887 osana sähkömagnetismia käsittelevää työtään Hertz kertoi ilmiöstä, jolla oli valtavat vaikutukset fysiikan tulevaisuuteen ja perustavaan ymmärrykseemme maailmankaikkeudesta. Se tuli tunnetuksi valosähköisenä ilmiönä.
hän loisti ultraviolettivaloa sähköisesti varautuneelle metallille ja havaitsi, että UV-valo näytti saavan metallin menettämään varauksensa nopeammin kuin muuten.
hän kirjoitti teoksen ylös, julkaisi sen Annalen der Physik-lehdessä ja jätti sen muiden harjoitettavaksi. Hertzille itselleen ilmiön tutkiminen olisi ollut kiehtovaa, mutta hän oli tuolloin liian uppoutunut Maxwell-projektiinsa.
kokeilijat riensivät tutkimaan Hertzin ilmoittamaa uutta ilmiötä.
Vuonna 1899 J. J. Thomson, elektronin löytäjä, todisti, että ultraviolettivalo itse asiassa poisti elektroneja metallista.
tämä sai Albert Einsteinin pohtimaan uudelleen valon teoriaa. Vuonna 1905 hän oikein ehdotti, että valo tuli erillisiä paketteja energiaa kutsutaan fotonit. Ultraviolettivalon fotoneilla on oikea määrä energiaa vuorovaikutukseen metallien elektronien kanssa, jolloin elektronit saavat tarpeeksi energiaa karatakseen metallista.
Einsteinin selitys valosähköiselle ilmiölle oli yksi keskeisistä tekijöistä, kun rakennettiin täysin uusi tapa kuvata atomiasteikon tapahtumia-kvanttifysiikka. Einstein sai Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1921 Hertzin 34 vuotta aiemmin löytämän ilmiön selittämisestä.
valosähköinen vaikutus. UV-valon fotonit kuljettavat oikean määrän energiaa poistaakseen elektroneja metallista.
joitakin henkilökohtaisia yksityiskohtia ja loppu
vuonna 1886 Hertz meni 29-vuotiaana naimisiin Elisabeth Dollin kanssa Karlsruhessa. Hän oli matemaatikon tytär. Heillä oli kaksi tytärtä, Johanna ja Mathilde. Mathildesta tuli vaikutusvaltainen biologi, joka teki ajatuksia herättäviä löytöjä siitä, miten eläimet ratkaisevat ongelmia.
Hertsi sairastui 35-vuotiaana vakavasti ja kärsi voimakkaasta migreenistä. Lääkärit luulivat, että hänellä oli tulehdus. He suorittivat useita leikkauksia, mutta Hertz jatkoi heikkenemistään.
Heinrich Rudolf Hertz kuoli 36-vuotiaana Bonnissa 1.tammikuuta 1894 verisuonitulehdukseen, joka johtui immuunijärjestelmän ongelmista-erityisesti granulomatoosista ja polyangiitista. Hänet haudattiin kotikaupunkiinsa Hampuriin Ohlsdorfin hautausmaalle.
vuonna 1930 kansainvälinen Sähkötekninen komissio nimesi taajuuden yksikön hertziksi. Vuonna 1960 yksikkö virallistettiin yleisessä paino-ja Mittakonferenssissa.
tämän sivun kirjoittaja: The Doc
kuvat digitaalisesti parannettuina ja väritettyinä tällä sivustolla. © Kaikki oikeudet pidätetään.
Cite this Page
Please use the following MLA compliant citation:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
julkaissut Famousscientistit.org
Jatkoluku
Heinrich Hertz
Sähköaallot
Macmillan and Co., 1893
Sir Oliver Lodge
Hertzin ja joidenkin hänen seuraajiensa työ
D. van Nostrand Company, 1894
Rollo Appleyard
Sähköviestinnän pioneerit: Heinrich Rudolf Hertz
Sähköviestintä, nro 2, 2, p63-77, Lokakuu 1927
G. R. M. Garratt
the early history of radio: from Faraday to Marconi
iet, 1994
Jed Z. Buchwald
the creation of Scientific effects: Heinrich Hertz and Electric Waves
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
hypoteettisen merkitys luonnontieteissä
Walter de Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (Editors)
Heinrich Hertz: Klassinen fyysikko, Moderni filosofi
Springer Science & Business Media, 2013