egy sor briliáns kísérletben Heinrich Hertz felfedezte a rádióhullámokat, és megállapította, hogy James Clerk Maxwell elektromágnesesség-elmélete helyes.
Hertz felfedezte a fotoelektromos hatást is, amely az egyik első nyom a kvantumvilág létezésére. A frekvenciaegységet, a hertz-et az ő tiszteletére nevezik el.
kezdetek
Heinrich Rudolf Hertz született február 22-én, 1857-ben a német kikötő város Hamburg. Öt gyermek elsőszülöttje volt.
édesanyja Anna Elisabeth Pfefferkorn volt, egy orvos lánya.
apja Gustav Ferdinand Hertz ügyvéd volt, aki szenátor lett.
apai nagyapja, egy gazdag zsidó üzletember, lutheránus családba ment férjhez, és áttért a kereszténységre.
Heinrich mindkét szülője evangélikus volt, és ebben a hitben nevelkedett. Szülei, azonban, jobban érdekelte az oktatása, mint vallási státusza.
Iskola
hatéves korában Heinrich a Hamburgi Dr. Wichard Lange Iskolában kezdte. Ez egy magániskola volt a fiúk számára, amelyet a híres oktató, Friedrich Wichard Lange vezetett. Az iskola vallási befolyás nélkül működött; gyermekközpontú tanítási módszereket alkalmazott, figyelembe véve a diákok egyéni különbségeit. Szigorú volt; a diákoktól elvárták, hogy keményen dolgozzanak és versenyezzenek egymással, hogy az osztály legjobbjai legyenek. Heinrich élvezte az iskolában töltött időt, sőt osztályelső volt.
szokatlan módon Dr. Lange iskolája nem tanított görög és Latin nyelvet – a klasszikusokat–, amelyek az egyetemi belépéshez szükségesek. A nagyon fiatal Heinrich elmondta szüleinek, hogy mérnök akar lenni. Amikor iskolát kerestek neki, úgy döntöttek, hogy Dr. Lange alternatív fókusza, amely magában foglalta a tudományokat, a legjobb megoldás.
Heinrich Hertz, körülbelül 12 éves, apjával, anyjával és két öccsével.
Heinrich anyja különösen szenvedélyes volt az oktatás iránt. Felismerve, hogy természetes tehetsége van a dolgok készítéséhez és a rajzoláshoz, vasárnaponként rajzolási órákat szervezett neki egy Műszaki Főiskolán. 11 évesen kezdte.
Homeschool and Building Scientific Apparatus
15 éves korában Heinrich otthagyta Dr. Lange iskoláját, hogy otthon tanulhasson. Úgy döntött, hogy talán mégis egyetemre szeretne menni. Most görög és Latin nyelvű korrepetálást kapott, hogy felkészítse a vizsgákra.
kiváló volt a nyelvekben, olyan ajándék, amelyet úgy tűnik, hogy apjától örökölt.
professzor Redslob, a nyelv specialista, aki adott Heinrich némi tandíjat Arab, tanácsolta az apja, hogy Heinrich legyen a hallgató a keleti nyelvek. Soha nem találkozott senkivel, akinek nagyobb természetes tehetsége volt.
Heinrich is kezdett tanulni a tudományok és a matematika otthon, ismét segítségével egy magántanár.
hatalmas étvágya volt a kemény munka iránt. Az anyja azt mondta:
amikor a könyveivel ült, semmi sem zavarhatta meg vagy vonhatta el tőlük.
bár elhagyta a szokásos iskolát, vasárnap reggel folytatta a műszaki főiskolát.
esténként a kezével dolgozott. Megtanulta kezelni az esztergát. Modelleket épített, és egyre kifinomultabb tudományos berendezéseket, például spektroszkópot kezdett építeni. Ezt a készüléket használta saját fizikai és kémiai kísérleteihez.
építészet és a hadsereg
17 éves korában Heinrich visszatért az iskolába, a Johanneum, egy évre annak érdekében, hogy teljes mértékben felkészüljenek a klasszikusok vizsgák egyetemi. Miután letette a vizsgákat, azonnal meggondolta magát, úgy döntött, hogy építész tanítványává válik. Frankfurtba költözött, ahol nappal építészirodában dolgozott, este pedig németül fizika könyveket olvasott, az ókori görög irodalmat pedig az eredeti ókori görög nyelven – természetesen!
az építészet gyorsan unatkozott.
1876 tavaszán, 19 éves korában ismét Drezdába költözött, hogy mérnöki tanulmányokat folytasson. Néhány hónap múlva a hadseregbe került egy év kötelező szolgálatra. Bár élvezte a hadsereg életének fegyelmét, unalmasnak találta a hadsereget. Inkább szerencsétlenül, egy ponton írt haza:
“… napról napra egyre jobban tudatában vagyok annak, hogy mennyire haszontalan maradok ebben a világban.”
eközben a matematika és a fizika iránti érdeklődése tovább nőtt.
Hertz élettartama összefüggésben
Hertz élettartama és a kapcsolódó tudósok és matematikusok élettartama.
tudóssá válás
fizika Münchenben
katonai szolgálatának befejezése után a 20 éves Hertz Münchenbe költözött, hogy 1877 októberében megkezdje a mérnöki tanfolyamot. Egy hónappal később, sok belső gyötrelem után, kiesett a tanfolyamból. Úgy döntött, hogy mindenekelőtt fizikus akar lenni.
beiratkozott a Müncheni Egyetem, választott kurzusok fejlett matematika és mechanika, kísérleti fizika és kísérleti kémia.
sikeres Müncheni év után a Berlini Egyetemre költözött, mert jobb fizikai laboratóriumokkal rendelkezett, mint München.
Berlin, Helmholtz, and Recognition
Berlinben, 21 éves korában Hertz a nagy fizikus, Hermann von Helmholtz laboratóriumaiban kezdett dolgozni.
Helmholtznak fel kellett ismernie egy ritka tehetséget Hertzben, azonnal arra kérve, hogy dolgozzon ki egy problémát, amelynek megoldása különösen érdekli. A probléma heves vita tárgyát képezte Helmholtz és egy másik fizikus, Wilhelm Weber között.
a Berlini Egyetem Filozófiai Tanszéke Helmholtz bátorításával díjat ajánlott fel mindenkinek, aki meg tudja oldani a problémát: az elektromosság tehetetlenséggel mozog? Alternatív megoldásként a következő formában fogalmazhatjuk meg a kérdést: Van-e tömege az elektromos áramnak? Vagy, ahogy a Hertz keretezi: van-e az elektromos áramnak kinetikus energiája?
Hertz kezdett dolgozni a problémát, és gyorsan beleesett egy kellemes rutin: minden reggel részt vesz egy előadáson az analitikai dinamikáról vagy az elektromosságról & mágnesesség, kísérleteket végez a laboratóriumban délután 4-ig, majd este olvas, kiszámol és gondolkodik.
ő személyesen tervezett kísérletek, amelyek úgy gondolta, választ Helmholtz kérdésére. Kezdte igazán élvezni magát, írás haza:
“el sem tudom mondani, mennyivel nagyobb megelégedéssel tölt el, hogy saját magam és mások számára közvetlenül a természetből szerzek tudást, ahelyett, hogy csupán másoktól és magamtól tanulnék.”
a díj
1879 augusztusában, 22 éves korában Hertz elnyerte a díjat – aranyérmet. Rendkívül érzékeny kísérletek sorozatában bebizonyította, hogy ha az elektromos áramnak egyáltalán van tömege, akkor annak hihetetlenül kicsinek kell lennie. Szem előtt kell tartanunk, hogy amikor Hertz elvégezte ezt a munkát, az elektront – az elektromos áram hordozóját – még nem fedezték fel. J. J. Thomson felfedezése 1897-ben történt, 18 évvel Hertz munkája után.
1.109 x 1030 elektron tömege 1 kg.
az 1 tömege.109 x 1030 ember több mint 30 naprendszernek felel meg, mint a miénk.
az elektron tömege valóban apró.
más fizikusok észrevették, milyen káprázatos Hertz munkája – a fiatal hallgató kísérleteket állított össze a fizika élvonalában, szükség szerint személyesen módosítva a készüléket. Gyakorlati készségei, amelyeket esténként otthon fejlesztettek ki, felbecsülhetetlen értékűnek bizonyultak. Díjnyertes munkáját a rangos Annalen der Physik folyóiratban tették közzé.
felismerve laboratóriumának hihetetlen tehetségét, Helmholtz most megkérte Hertzt, hogy versenyezzen a berlini akadémia által felajánlott díjért: James Clerk Maxwell elektromágnesesség-elméletének igazolása. Maxwell 1864-ben kijelentette, hogy a fény elektromágneses hullám, és hogy más típusú elektromágneses hullámok is létezhetnek.
a fizika doktora
Hertz elutasította ezt a projektet; úgy vélte, hogy a kísérlet, amely nem garantálja a sikert, több éves munkát igényel. Ambiciózus volt, és gyorsan új eredményeket akart közzétenni, hogy megalapozza hírnevét.
ahelyett, hogy a díjért dolgozott volna, mesteri három hónapos projektet hajtott végre az elektromágneses indukcióval kapcsolatban. Ezt tézisként írta. 1880 februárjában, 23 éves korában disszertációja fizika doktori fokozatot kapott. Helmholtz gyorsan kinevezte őt adjunktusnak. Később abban az évben Hertz írta:
“egyre inkább tudatában vagyok annak, és a vártnál több módon, hogy a saját területem középpontjában állok; és legyen szó ostobaságról vagy bölcsességről, ez egy nagyon kellemes érzés.”
Hertz 1883-ig Helmholtz laboratóriumában maradt, ez idő alatt 15 cikket tett közzé tudományos folyóiratokban.
Matematikai Fizika Kielben
Hertz tehetséges kísérleti fizikus volt, de a berlini előadás biztosítására irányuló verseny magas volt.
ehelyett Helmholtz támogatásával Hertz a matematikai fizika oktatója lett a Kieli Egyetemen. Ez a pozíció, inkább elméleti, mint kísérleti, kiterjesztette képességeit. A Kiel kezdte meg kell birkózniuk Maxwell egyenletek, írásban a naplójába:
” kemény a Maxwelli elektromágnesességnél este. Semmi, csak elektromágnesesség.”
Hertz munkájának eredménye egy nagyra becsült papír volt, amely összehasonlította Maxwell elektromágneses elméletét a Versengő elméletekkel. Arra a következtetésre jutott, hogy Maxwell elmélete a legígéretesebbnek tűnt. Valójában átdolgozta Maxwell egyenletei egy kényelmesebb formában.
később írta:
“Maxwell elmélete kezdettől fogva a legelegánsabb volt… Maxwell elméletének alapvető hipotézise ellentmondott a szokásos nézeteknek, és nem támasztotta alá döntő kísérletek bizonyítékai.”
a rádióhullámok felfedezése
ha szeretne egy kicsit részletesebb technikai beszámolót a Hertz rádióhullámok felfedezéséről, itt van egy.
jól felszerelt laboratóriumok és a legnagyobb probléma támadása
1885 márciusában, kétségbeesve, hogy visszatérjen a kísérleti fizikához, Hertz a Karlsruhei Egyetemre költözött. 28 éves korában teljes professzori tisztséget szerzett. Valójában két másik teljes professzort ajánlottak fel neki, virágzó hírnevének jele. Azért választotta Karlsruhe – t, mert a legjobb laboratóriumi létesítményekkel rendelkezett.
azon tűnődve, hogy kutatásának milyen irányba kell haladnia, gondolatai arra a díjra sodródtak, amelyet Helmholtz hat évvel korábban nem tudott rábeszélni: Maxwell elméletének kísérletekkel történő bizonyítása.
Hertz úgy döntött, hogy ez a hatalmas vállalkozás lesz a karlsruhei kutatásainak középpontjában.
egy szikra, amely mindent megváltoztatott
néhány hónapos kísérleti kísérletek után a látszólag törhetetlen falak, amelyek meghiúsították a Maxwell elméletének bizonyítására tett kísérleteket, összeomlani kezdtek.
egy szikrával kezdődött.
véletlen megfigyeléssel kezdődött 1886 októberének elején, amikor Hertz elektromos szikrákat mutatott a hallgatóknak. Hertz elkezdett mélyen gondolkodni a szikrákról és azok elektromos áramkörökre gyakorolt hatásairól. Kísérletsorozatot kezdett, szikrákat generálva különböző módon.
valami csodálatosat fedezett fel. A szikrák rendszeres elektromos rezgést produkáltak az elektromos vezetékekben, amelyek között ugrottak. A rezgés másodpercenként gyakrabban mozgott oda-vissza, mint bármi, amivel Hertz valaha találkozott elektromos munkája során.
tudta, hogy a rezgés gyorsuló és lassuló elektromos töltésekből áll. Ha Maxwell elmélete helyes lenne, ezek a töltések elektromágneses hullámokat sugároznának, amelyek ugyanúgy áthaladnának a levegőn, mint a fény.
rádióhullámok előállítása és észlelése
1886 novemberében a Hertz megépítette az alábbi készüléket.
Az Oszcillátor. A végeken két üreges cinkgömb van, amelyek átmérője 30 cm. A gömbök mindegyike rézhuzalokhoz van csatlakoztatva,amelyek középen futnak, ahol rés van a szikrák között.
nagyfeszültségű elektromos áramot alkalmazott a központi szikrarésen keresztül, szikrákat hozva létre.
a szikrák heves elektromos impulzusokat okoztak a rézhuzalokban. Ezek az impulzusok visszhangoztak a vezetékeken belül, oda-vissza hullámzva körülbelül 100 millió másodpercenként.
ahogy Maxwell megjósolta, az oszcilláló elektromos töltések elektromágneses hullámokat – rádióhullámokat – hoztak létre, amelyek a vezetékek körüli levegőben terjedtek el. A hullámok egy része 1,5 méterre érte el a rézhuzal hurokját, ami elektromos áram túlfeszültséget okozott benne. Ezek a túlfeszültségek miatt a szikrák átugrottak a hurok szikrarésén.
ez kísérleti diadal volt. Hertz rádióhullámokat készített és észlelt. Elektromos energiát továbbított a levegőn keresztül az egyik eszközről a másikra, amely több mint egy méterre található. Nincs szükség összekötő vezetékekre.
tovább haladva
a következő három évben egy sor ragyogó kísérletben Hertz teljes mértékben igazolta Maxwell elméletét. Kétséget kizáróan bebizonyította, hogy készüléke elektromágneses hullámokat produkál, bizonyítva, hogy az elektromos oszcillátoraiból sugárzó energia visszaverődhet, megtörhet, interferenciamintákat hozhat létre, és állóhullámokat hozhat létre, mint a fény.
Hertz kísérlete bebizonyította, hogy a rádióhullámok és a fényhullámok ugyanabba a családba tartoznak, amelyet ma elektromágneses spektrumnak nevezünk.
az elektromágneses spektrum. Hertz felfedezte a spektrum rádió részét.
furcsa módon azonban Hertz nem értékelte az általa előállított elektromágneses hullámok monumentális gyakorlati jelentőségét.
“nem hiszem, hogy az általam felfedezett vezeték nélküli hullámoknak gyakorlati alkalmazásuk lenne.”
ennek oka az volt, hogy Hertz az egyik legtisztább tiszta tudós volt. Csak a kísérletek megtervezése érdekelte, hogy csábítsa a természetet, hogy felfedje titkait neki. Miután ezt elérte, tovább fog lépni, hagyva minden gyakorlati alkalmazást mások számára, hogy kihasználják.
a hullámok Hertz először generált November 1886 gyorsan megváltoztatta a világot.
1896-ra Guglielmo Marconi szabadalmat kért a vezeték nélküli kommunikációra. 1901-re vezeték nélküli jelet továbbított az Atlanti-óceánon Nagy-Britanniából Kanadába.
Hertz felfedezése volt a modern kommunikációs technológiánk nagy részének alapköve. A rádió, a televízió, a műholdas kommunikáció és a mobiltelefonok mind erre támaszkodnak. Még a mikrohullámú sütők is elektromágneses hullámokat használnak: a hullámok behatolnak az élelmiszerbe, gyorsan felmelegítik belülről.
a rádióhullámok észlelésének képessége a csillagászat tudományát is átalakította. A rádiócsillagászat lehetővé tette számunkra, hogy olyan vonásokat láthassunk, amelyeket a spektrum látható részében nem látunk. És mivel a villám rádióhullámokat bocsát ki, még a Jupiter és a Szaturnusz villámviharait is hallgathatjuk.
tudósok és nem tudósok egyaránt sokat köszönhetnek Heinrich Hertznek.
a fotoelektromos hatás
1887-ben az elektromágnesességgel kapcsolatos munkája részeként Hertz egy olyan jelenségről számolt be, amely óriási hatással volt a fizika jövőjére és az univerzum alapvető megértésére. Fotoelektromos hatás néven vált ismertté.
ultraibolya fényt ragyogott az elektromosan töltött fémre, megfigyelve, hogy az UV fény úgy tűnik, hogy a fém gyorsabban veszíti el töltését, mint egyébként.
ő írta a munkát fel, megjelent az Annalen der Physik, és hagyta, hogy mások, hogy folytassa. Érdekes jelenség lett volna Hertz számára, hogy kivizsgálja, de abban az időben túlságosan felszámolta Maxwell-projektjét.
a kísérletezők rohantak, hogy megvizsgálják a Hertz által bejelentett új jelenséget.
1899-Ben J. J. Thomson, az elektron felfedezője megállapította, hogy az ultraibolya fény valójában elektronokat bocsát ki a fémből.
ez vezette Albert Einsteint a fény elméletének újragondolására. 1905-ben helyesen javasolta, hogy a fény különálló energiacsomagokban, úgynevezett fotonokban érkezzen. Az ultraibolya fény fotonjai megfelelő mennyiségű energiával rendelkeznek ahhoz, hogy kölcsönhatásba lépjenek a fémek elektronjaival, így az elektronok elegendő energiát adnak a fémből való távozáshoz.
Einstein magyarázata a fotoelektromos hatásról az egyik legfontosabb mozgatórugó volt az atomi léptékű események-a kvantumfizika – leírásának teljesen új módjának megalkotásában. Einsteint 1921-ben fizikai Nobel-díjjal tüntették ki a Hertz által 34 évvel korábban felfedezett hatás magyarázatáért.
a fotoelektromos hatás. Az UV fény fotonjai a megfelelő mennyiségű energiát hordozzák az elektronok fémből történő kibocsátásához.
néhány személyes adat és a vége
1886-ban, 29 éves korában Hertz feleségül vette Elisabeth Doll-t Karlsruhe-ban. Egy matematikus lánya volt. Két lányuk született, Johanna és Mathilde. Mathilde befolyásos biológus lett, elgondolkodtató felfedezéseket tett az állatok problémamegoldásának területén.
35 éves korában Hertz nagyon beteg lett, súlyos migrénben szenvedett. Az orvosok azt hitték, hogy fertőzése van. Számos műveletet hajtottak végre, de a Hertz tovább romlott.
Heinrich Rudolf Hertz meghalt éves 36 Bonnban január 1-jén 1894 véredény gyulladás eredő immunrendszer problémák – különösen granulomatosis polyangiitis. Hamburg szülővárosában, az Ohlsdorfi temetőben temették el.
1930-ban a frekvenciaegységet a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság hertz-nek nevezte el. 1960-ban az egységet hivatalossá tette a súlyok és mértékek Általános Konferenciája.
az oldal szerzője: the Doc
a weboldal által digitálisan javított és színezett képek. Minden jog fenntartva.
idézze ezt az oldalt
kérjük, használja a következő mla-kompatibilis idézetet:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
megjelent a híres tudósok.org
további adatok
Heinrich Hertz
elektromos hullámok
Macmillan and Co., 1893
Sir Oliver Lodge
Hertz és néhány utódjának munkája
D. Van Nostrand Company, 1894
Rollo Appleyard
az elektromos kommunikáció úttörői: Heinrich Rudolf Hertz
elektromos kommunikáció, No. 2, 2, p63-77, 1927. október
G. R. M. Garratt
a rádió korai története: Faraday-től marconiig
iet, 1994
Jed Z. Buchwald
a tudományos hatások létrehozása: Heinrich Hertz és az elektromos hullámok
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
a hipotetikus jelentősége a természettudományokban
Walter de Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (szerkesztők)
Heinrich Hertz: klasszikus fizikus, Modern filozófus
Springer tudomány & üzleti média, 2013