화려한 일련의 실험에서 하인리히 헤르츠는 전파를 발견하고 제임스 클럭 맥스웰의 전자기학 이론이 정확하다는 것을 입증했다.
헤르츠는 또한 양자 세계의 존재에 대한 첫 번째 단서 중 하나를 제공하는 광전 효과를 발견했다. 주파수 단위,헤르츠,그의 명예에 이름이 지정 됩니다.
시작
하인리히 루돌프 헤르츠는 1857 년 2 월 22 일 독일 항구 도시 함부르크에서 태어났습니다. 그는 다섯 자녀 중 맏아들이었다.
그의 어머니는 의사의 딸 안나 엘리자베스 페퍼 콘이었습니다.
그의 아버지는 구스타프 페르디난드 헤르츠,상원 의원이 된 변호사.
부유 한 유대인 사업가 인 그의 부계 할아버지는 루터교 가정에서 결혼하여 기독교로 개종했습니다.
하인리히의 부모는 모두 루터교 신자였으며 그는이 신앙으로 자랐습니다. 그러나 그의 부모는 종교적 지위보다 교육에 더 관심이있었습니다.
학교
여섯 살,하인리히는 함부르크의 박사 위차드 랭 학교에서 시작했다. 이 유명한 교육자 프리드리히 위차드 랭에 의해 실행 소년을위한 사립 학교였다. 학교는 종교적 영향없이 운영;그것은 학생들의 개인차를 고려하여 아동 중심의 교육 방법을 사용했다. 그것은 또한 엄격했다;학생들은 열심히 일 클래스의 상단으로하기 위해 서로 경쟁 할 것으로 예상했다. 하인리히는 학교에서 자신의 시간을 즐겼다,실제로 자신의 클래스의 상단이었다.
비정상적으로 랭 박사의 학교는 대학 입학에 필요한 그리스어와 라틴어(고전)를 가르치지 않았습니다. 아주 어린 하인리히는 그의 부모에게 엔지니어가 되고 싶다고 말했다. 그들이 그를 위해 학교를 찾았을 때,그들은 과학을 포함한 랭 박사의 대안 초점이 최선의 선택이라고 결정했습니다.
하인리히 헤르츠,약 12 세,그의 아버지,어머니,그리고 두 동생.
하인리히의 어머니는 특히 그의 교육에 열정적이었습니다. 그가 물건을 만들고 그림을 그리는 데 자연스러운 재능을 가지고 있다는 것을 깨달은 그녀는 일요일에 기술 대학에서 그를 위해 초안 수업을 준비했습니다. 그는이 세 시작 11.
홈스쿨 및 건축 과학 기구
15 세의 나이로 하인리히는 랭 박사의 학교를 떠나 집에서 교육을 받았다. 그는 아마도 그는 결국 대학에 가고 싶은 것을 결정했다. 이제 그는 시험을 준비하기 위해 그리스어와 라틴어로 사교육을 받았습니다.
그는 그의 아버지로부터 물려받은 선물 인 언어에 능숙했습니다.
하인리히에게 아랍어로 수업료를 준 어학 전문가인 레드슬롭 교수는 아버지에게 하인리히가 동양어를 배우는 학생이 되어야 한다고 조언했다. 그는 더 큰 재능을 가진 사람을 만난 적이 없었습니다.
하인리히는 또한 가정에서 개인 교사의 도움을 받아 과학과 수학을 공부하기 시작했습니다.
그는 열심히 일하는 것에 대한 엄청난 식욕을 가지고있었습니다. 그의 어머니는 말했다:
그가 그의 책들과 함께 앉아있을 때,아무것도 그를 방해하거나 그들을 멀리 끌어낼 수 없었다.
그는 정규 학교를 떠났지만 일요일 아침에 기술 대학에 계속 다녔다.
저녁에 그는 손으로 일했다. 그는 선반을 작동하는 법을 배웠습니다. 그는 모델을 만들고 분광기와 같은 점점 더 정교한 과학 장치를 만들기 시작했습니다. 그는이 장치를 사용하여 자신의 물리학 및 화학 실험을했습니다.
건축과 군대
17 세의 하인리히는 대학 고전 시험을 완전히 준비하기 위해 1 년 동안 학교 요하네움으로 돌아 왔습니다. 시험을 통과 한 그는 즉시 건축가의 견습생이되기로 결정하면서 다시 마음을 바 꾸었습니다. 그는 프랑크푸르트로 이사했는데,낮에는 건축가 사무실에서 일했고 저녁에는 독일어로 물리학 책을 읽었고 고대 그리스 문학은 원래 고대 그리스어로 자연스럽게 읽었습니다!
건축은 그를 빨리 지루하게했다.
1876 년 봄,19 세의 나이로 그는 다시 드레스덴으로 이주하여 공학을 공부했습니다. 불과 몇 달 후 그는 1 년의 의무 복무를 위해 군대에 징집되었습니다. 그는 군대 생활의 훈련을 즐겼지만 군대가 지루하다는 것을 알았습니다. 오히려 비참하게,그는 한 지점에서 집에 썼다:
“날마다 나는 내가 이 세상에 얼마나 쓸모없게 남아 있는지 더 깨닫게 된다.”
한편,수학 및 물리학에 대한 그의 관심은 성장을 계속했다.
맥스웰의 시간적 장소
헤르츠의 생애와 관련 과학자와 수학자들의 생애.
과학자가 됨
뮌헨의 물리학
군 복무를 마친 후 20 세의 헤르츠는 뮌헨으로 이주하여 1877 년 10 월에 공학 과정을 시작했습니다. 한 달 후,많은 내부 고뇌 끝에 그는 코스를 그만 두었습니다. 그는 무엇보다도 물리학자가 되고 싶다고 결심했다.
그는 뮌헨 대학에 등록,고급 수학 및 역학 과정을 선택,실험 물리학,실험 화학.
뮌헨에서 성공적인 한 해를 보낸 후 그는 뮌헨보다 더 나은 물리학 실험실을 가지고 있었기 때문에 베를린 대학으로 이사했습니다.
베를린,헬름홀츠,그리고 인식
베를린에서,세 21,헤르츠는 위대한 물리학 자 헤르만 폰 헬름홀츠의 실험실에서 일하기 시작했다.
헬름홀츠는 헤르츠에서 희귀 한 재능을 인정해야합니다,즉시 그 솔루션 그는 특히 관심이 문제에 대한 작업을 요청. 이 문제는 헬름홀츠와 빌헬름 베버의 이름으로 다른 물리학 자 사이의 치열한 논쟁의 대상이었다.
베를린 대학의 철학 부서는 헬름홀츠의 격려와 함께,문제를 해결할 수있는 사람에게 상을 제공했다:전기는 관성과 함께 이동합니까? 양자 택일로,우리는 형태로 질문을 프레임 수:전류는 질량을 가지고 있습니까? 또는 헤르츠에 의해 프레임:전류는 운동 에너지를 가지고 있습니까?
헤르츠는 문제에 대한 작업을 시작하고 신속하게 즐거운 일상에 빠졌다: 분석 역학 또는 전기 중 하나에 매일 아침 강의에 참석&자기,오후 4 시까 지 실험실에서 실험을 수행,다음 읽기,계산,저녁에 생각.
그는 개인적으로 헬름홀츠의 질문에 대답 것이라고 생각 실험을 설계했다. 그는 정말 집에 쓰고,자신을 즐기기 시작했다:
“나는 단지 다른 사람과 나 자신에게서 배우는 것이 아니라 자연으로부터 직접 나 자신과 다른 사람들을 위해 지식을 얻는 것이 얼마나 더 만족감을 주는지 말할 수 없다.”
상
1879 년 8 월 22 세의 헤르츠는 금메달을 수상했습니다. 매우 민감한 일련의 실험에서 그는 전류가 전혀 질량을 가지고 있다면,그것은 매우 작은해야한다는 것을 보여 주었다. 우리는 헤르츠가이 작업을 수행 할 때 전자-전류의 운반체-도 발견되지 않았다는 것을 명심해야합니다. 제이 제이 톰슨의 발견은 헤르츠의 작품 이후 18 년 후인 1897 년에 이루어졌습니다.
1.109 전자의 질량은 1 킬로그램입니다.
1 의 질량.109 엑스 1030 인간은 우리 자신과 같은 30 개 이상의 태양 광 시스템과 동일 할 것이다.
전자의 질량은 실제로 작습니다.
다른 물리학 자들은 헤르츠의 작업이 얼마나 눈부신 주목하기 시작했다-젊은 학생은 개인적으로 필요에 따라 장치를 수정,물리학의 최전선에서 함께 실험을 넣어. 그의 실용적인 기술,저녁에 집에서 개발,귀중한 것으로 증명했다. 그의 수상 경력에 빛나는 작품은 권위있는 저널 아날 렌 데르 물릭에 출판되었다.
그는 자신의 실험실에서 가진 놀라운 재능을 인식,헬름홀츠는 이제 베를린 아카데미에서 제공하는 상을 위해 경쟁 헤르츠 요청:확인 제임스 클럭 맥스웰의 전자기학 이론. 맥스웰은 1864 년에 빛이 전자기파이며 다른 유형의 전자기파도 존재할 수 있다고 말했다.
물리학박사
헤르츠는 이 프로젝트를 거부했다;그는 성공을 보장하지 않는 이 시도는 수년간의 작업이 필요할 것이라고 믿었다. 그는 야심 찬 자신의 명성을 확립하기 위해 신속하게 새로운 결과를 게시하고 싶었다.
상을 위해 일하는 대신 전자기 유도에 대한 3 개월 간의 훌륭한 프로젝트를 수행했습니다. 그는 이것을 논문으로 썼다. 1880 년 2 월,23 세의 나이에,그의 논문은 그에게 물리학 박사 학위의 상을 가져왔다. 헬름홀츠 신속하게 조교수로 그를 임명했다. 나중에 그 해 헤르츠는 썼다:
“나는 점점 더 알고 성장,예상보다 더 많은 방법으로,나는 내 자신의 필드의 중심에 있다는 것을;그것은 어리 석음 또는 지혜이든,그것은 매우 즐거운 느낌입니다.”
헤르츠는 헬름홀츠의 실험실에서 1883 년까지,그는 학술지에 15 논문을 출판하는 시간 동안 머물렀다.
킬 수학 물리학
헤르츠는 재능있는 실험 물리학자했지만,베를린에서 강사를 확보하기 위해 경쟁이 높았다.
대신,헬름홀츠의 지원,헤르츠 킬 대학에서 수학 물리학 강사가되었다. 이 입장은 실험적 이라기보다는 이론적 인 그의 능력을 확장시켰다. 킬에서 그는 맥스웰의 방정식과 그립에 도착하기 시작했다,그의 일기에 쓰기:
“저녁에 맥스웰 전자기학에서 열심히. 전자기학 외에는 아무것도 없습니다.”
헤르츠의 작품의 결과는 경쟁 이론과 맥스웰의 전자기 이론을 비교하는 높은 평가를 종이했다. 그는 맥스웰의 이론이 가장 유망한 것으로 보인다고 결론지었습니다. 사실 그는 더 편리한 형태로 맥스웰의 방정식을 재 작업.
그는 나중에 썼다:
맥스웰의 이론은 처음부터 가장 우아했다…맥스웰 이론의 근본적인 가설은 일반적인 견해와 모순되며 결정적인 실험의 증거에 의해 뒷받침되지 않았다.”
전파 발견
헤르츠의 전파 발견에 대한 좀 더 자세한 기술 설명을 원하시면 여기에 있습니다.
실험실을 잘 갖추고 가장 큰 문제를 공격
1885 년 3 월,실험 물리학에 반환 필사적,헤르츠는 카를스루에 대학으로 이동. 나이 28,그는 전체 교수를 확보했다. 그는 실제로 두 개의 다른 전체 교수직을 제안 받았다,그의 번영 명성의 표시. 그는 최고의 실험실 시설을 갖추고 있었기 때문에 카를 스루에를 선택했습니다.
그의 연구가 취해야 방향에 대해 궁금,그의 생각은 헬름홀츠 6 년 이전 할 그를 설득하는 데 실패했다 상금 작품 표류:실험에 의해 맥스웰의 이론을 증명.
헤르츠는이 강력한 사업이 카를스루에에서 그의 연구의 초점이 될 것이라고 결정했다.
모든 것을 바꾼 불꽃
몇 달 간의 실험적 실험 끝에 맥스웰의 이론을 증명하려는 모든 시도를 좌절시킨 깨지지 않는 벽이 무너지기 시작했다.
그것은 불꽃으로 시작.
그것은 1886 년 10 월 초 헤르츠가 학생들에게 전기 불꽃을 보여 주었을 때 우연한 관찰로 시작되었습니다. 헤르츠는 불꽃과 전기 회로에 미치는 영향에 대해 깊이 생각하기 시작했다. 그는 일련의 실험을 시작하여 다른 방식으로 불꽃을 생성했습니다.
그는 놀라운 것을 발견했습니다. 스파크는 사이에 뛰어 전선 내에서 일반 전기 진동을 생산. 진동은 헤르츠가 그의 전기 공사에서 전에 만난 어떤 것보다 더 자주 매 초마다 앞뒤로 움직였다.
그는 진동이 전기 요금을 빠르게 가속하고 감속시키는 것으로 구성되어 있다는 것을 알고 있었다. 맥스웰의 이론이 옳다면,이 전하들은 빛처럼 공기를 통과하는 전자기파를 방출 할 것입니다.
전파 생성 및 탐지
1886 년 11 월 헤르츠는 아래와 같은 장치를 제작했다.
오실레이터. 끝에 직경 30 센티미터의 두 개의 중공 아연 구체가 있습니다. 구체는 각 사이 점프 하는 불꽃에 대 한 간격이 중간에 실행 하는 구리 와이어에 연결 됩니다.
그는 중앙 스파크 갭을 가로 질러 고전압 교류 전기를 적용하여 스파크를 생성했습니다.
불꽃은 구리 철사 내의 전류의 강력한 맥박을 일으키는 원인이 되었습니다. 이 펄스는 와이어 내에서 반향하여 초당 약 1 억 개의 속도로 앞뒤로 급증했습니다.
맥스웰이 예견한 바와 같이,진동하는 전하들은 전자기파(전파)를 생성하여 전선 주위의 공기를 통해 퍼졌다. 파도 중 일부는 1.5 미터 떨어진 구리 와이어 루프에 도달하여 그 안에 전류 서지를 생성했습니다. 이러한 서지로 인해 스파크가 루프의 스파크 갭을 가로 질러 점프했습니다.
이것은 실험적인 승리였습니다. 헤르츠는 전파를 생성하고 감지했다. 그는 한 장치에서 1 미터 이상 떨어진 다른 장치로 공기를 통해 전기 에너지를 전달했습니다. 연결 전선이 필요하지 않았습니다.
향후 3 년 동안 일련의 화려한 실험을 통해 헤르츠는 맥스웰의 이론을 완전히 검증했다. 그는 자신의 장치가 전자기파를 생산하고 있다는 것을 의심 할 여지없이 증명했으며,전기 발진기에서 방출되는 에너지가 반사되고 굴절되며 간섭 패턴을 생성하며 빛처럼 정재파를 생성 할 수 있음을 입증했습니다.
헤르츠의 실험은 전파와 광파가 오늘날 우리가 전자기 스펙트럼이라고 부르는 동일한 계열의 일부라는 것을 증명했습니다.
전자기 스펙트럼. 헤르츠는 스펙트럼의 라디오 부분을 발견했다.
하지만 이상하게도 헤르츠는 그가 만들어낸 전자파의 기념비적인 실제적 중요성을 인정하지 않았다.
“나는 내가 발견 한 무선 파가 실제적인 적용을 가질 것이라고 생각하지 않는다.”
이것은 헤르츠가 순수한 과학자 중 가장 순수한 사람 중 하나 였기 때문입니다. 그는 단지 그에게 그 신비를 공개하는 자연을 유혹하는 실험을 설계에 관심이 있었다. 그가 이것을 달성했으면 하자마자,그는 위에 이동해,악용하기 위하여 다른 사람을 위해 어떤 실제적인 신청을 남겨둔.
헤르츠가 1886 년 11 월에 처음 생성 한 파도는 세상을 빠르게 변화 시켰습니다.
1896 년까지 굴리엘모 마르코니는 무선통신 특허를 출원했다. 1901 년까지 그는 영국에서 캐나다로 대서양을 가로 질러 무선 신호를 전송했다.
헤르츠의 발견은 우리의 현대 통신 기술의 많은 기초 돌이었다. 라디오,텔레비전,위성 통신 및 휴대 전화는 모두 그것에 의존합니다. 심지어 전자 레인지 전자파를 사용:파도가 내부에서 신속하게 가열,음식을 관통.
전파를 탐지하는 우리의 능력은 또한 천문학의 과학을 변화시켰다. 전파 천문학은 우리가 스펙트럼의 보이는 부분에서 볼 수없는 특징을’볼’수있게 해주었습니다. 번개가 전파를 방출하기 때문에,우리는 심지어 목성과 토성에 번개 폭풍을들을 수 있습니다.
과학자들과 비과학자들 모두 하인리히 헤르츠에게 많은 빚을 지고 있다.
광전 효과
1887 년 헤르츠는 전자기학에 대한 그의 연구의 일환으로 물리학의 미래와 우주에 대한 우리의 근본적인 이해에 엄청난 영향을 미치는 현상을보고했다. 그것은 광전 효과로 알려지게되었다.
그는 전기적으로 충전된 금속에 자외선을 비추면서,자외선이 금속이 다른 금속보다 더 빨리 전하를 잃는 것처럼 보이는 것을 관찰했다.
그는 작품을 써서 애날렌 데르 펙 에 출판하고 다른 사람들이 추구 할 수 있도록 남겨 두었습니다. 그것은 헤르츠 자신을 조사하는 매혹적인 현상이었을 것이다,그러나 그는 너무 당시 자신의 맥스웰 프로젝트에 상처를했다.
실험자들은 헤르츠가 발표 한 새로운 현상을 조사하기 위해 서둘렀다.1899 년
톰슨,전자의 발견,자외선이 실제로 금속에서 전자를 배출 것을 설립했다.
이로 인해 알버트 아인슈타인은 빛의 이론을 다시 생각하게 되었다. 1905 년 그는 정확하게 빛이 에너지라는 광자의 별개의 패킷에 와서 제안했다. 자외선의 광자는 금속에서 전자와 상호 작용하는 에너지의 적당한 양을 가지고,전자에게 금속에서 탈출 할 수있는 충분한 에너지를 제공.
아인슈타인의 광전 효과에 대한 설명은 원자 규모의 사건,즉 양자 물리학을 설명하는 완전히 새로운 방법을 구축하는 핵심 동인 중 하나였습니다. 아인슈타인은 헤르츠가 34 년 전에 발견 한 효과를 설명하기 위해 1921 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
광전 효과. 자외선의 광자는 금속에서 전자를 꺼내기 위해 정확한 양의 에너지를 전달합니다.
일부 개인 정보와 끝
1886 년 29 세의 헤르츠는 카를스루에에서 엘리자베스 인형과 결혼했다. 그녀는 수학자의 딸이었다. 그들은 두 딸,요한나와 마틸데를 낳았습니다. 마틸다는 영향력있는 생물 학자가되어 동물이 문제를 해결하는 방법 분야에서 생각을 자극하는 발견을했습니다.
35 헤르츠의 나이에 심한 편두통을 앓고,매우 병이되었다. 의사들은 그가 감염이 있다고 생각했습니다. 그들은 일련의 작업을 수행했지만 헤르츠는 계속 악화되었습니다.
하인리히 루돌프 헤르츠는 1894 년 1 월 1 일 본에서 면역 체계 문제,특히 다발성 혈관염을 동반 한 육아 종증으로 인한 혈관 염증으로 36 세의 나이로 사망했습니다. 그는 고향 인 함부르크,올 스 도르프 공동 묘지에 묻혔습니다.
1930 년 주파수 단위는 국제 전기 기술위원회에 의해 헤르츠 지명되었다. 1960 년에 이 부대는 무게와 측정에 관한 총회에 의해 공식화되었다.
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