w serii błyskotliwych eksperymentów Heinrich Hertz odkrył fale radiowe i ustalił, że teoria elektromagnetyzmu Jamesa Clerka Maxwella jest poprawna.
Hertz odkrył również efekt fotoelektryczny, dostarczając jednej z pierwszych wskazówek na istnienie świata kwantowego. Jednostka częstotliwości, hertz, została nazwana na jego cześć.
Heinrich Rudolf Hertz urodził się 22 lutego 1857 roku w niemieckim mieście portowym Hamburg. Był pierworodnym z pięciorga dzieci.
jego matką była Anna Elisabeth Pfefferkorn, córka lekarza.
jego ojcem był Gustav Ferdinand Hertz, prawnik, który został senatorem.
jego dziadek ze strony ojca, bogaty żydowski biznesmen, ożenił się z luterańską rodziną i nawrócił się na chrześcijaństwo.
oboje rodzice Heinricha byli luteranami i został wychowany w tej wierze. Jego rodzice byli jednak bardziej zainteresowani jego wykształceniem niż statusem religijnym.
Szkoła
w wieku sześciu lat Heinrich rozpoczął naukę w Szkole im. dr. Wicharda Langego w Hamburgu. Była to prywatna szkoła dla chłopców prowadzona przez słynnego pedagoga Friedricha Wicharda Lange. Szkoła działała bez wpływu religijnego, stosowała metody nauczania skoncentrowane na dzieciach, uwzględniając indywidualne różnice uczniów. Było również surowe; uczniowie mieli ciężko pracować i konkurować ze sobą, aby być na szczycie klasy. Heinrich lubił spędzać czas w szkole i rzeczywiście był najlepszy w swojej klasie.
co ciekawe, Szkoła Doktora Langego nie uczyła greki i łaciny – klasyki-potrzebnej do wejścia na uniwersytet. Młody Heinrich powiedział rodzicom, że chce zostać inżynierem. Kiedy szukali szkoły dla niego, zdecydowali, że alternatywny fokus Dr. Lange, który obejmował nauki, był najlepszym rozwiązaniem.
Heinrich Hertz, w wieku około 12 lat, z ojcem, matką i dwoma młodszymi braćmi.
matka Heinricha szczególnie pasjonowała się jego edukacją. Zdając sobie sprawę, że ma naturalny talent do robienia rzeczy i rysowania, zorganizowała dla niego lekcje rysowania w niedziele na uczelni technicznej. Zaczął je w wieku 11 lat.
Nauka domowa i Budowa aparatury naukowej
w wieku 15 lat Heinrich opuścił szkołę Dr Lange, aby kształcić się w domu. Zdecydował, że być może jednak chciałby pójść na uniwersytet. Teraz otrzymał korepetycje z greki i łaciny, aby przygotować go do egzaminów.
wyróżniał się językami, dar, który najwyraźniej odziedziczył po ojcu.
profesor Redslob, specjalista językowy, który dał Heinrichowi naukę języka arabskiego, poradził ojcu, że Heinrich powinien zostać studentem języków orientalnych. Nigdy wcześniej nie spotkał nikogo z większym naturalnym talentem.
Heinrich zaczął również studiować nauki ścisłe i matematykę w domu, ponownie z pomocą prywatnego nauczyciela.
miał kolosalny apetyt na ciężką pracę. Jego matka powiedziała:
kiedy siedział ze swoimi książkami nic nie mogło mu przeszkodzić ani odciągnąć go od nich.
chociaż opuścił normalną szkołę, nadal uczęszczał do technikum w niedzielne poranki.
wieczorami pracował rękami. Nauczył się obsługi Tokarki. Budował modele i zaczął konstruować coraz bardziej wyrafinowane Aparaty naukowe, takie jak spektroskop. Używał tego aparatu do wykonywania własnych eksperymentów z fizyki i chemii.
Architektura i wojsko
w wieku 17 lat Heinrich powrócił na rok do szkoły w Johanneum, aby w pełni przygotować się do egzaminów klasycznych na uniwersytet. Po zdaniu egzaminów szybko ponownie zmienił zdanie, decydując się zostać uczniem architekta. Przeniósł się do Frankfurtu, gdzie za dnia pracował w biurze architekta, a wieczorem czytał książki z fizyki w języku niemieckim,a starożytną literaturę grecką w oryginale starożytnej greki-naturalnie!
Architektura szybko go nudziła.
wiosną 1876 roku, w wieku 19 lat, przeniósł się ponownie do Drezna, aby studiować inżynierię. Po zaledwie kilku miesiącach został powołany do wojska na rok obowiązkowej służby. Chociaż lubił dyscyplinę życia wojskowego, uważał armię za nudną. Raczej nędznie, napisał do domu w pewnym momencie:
„… z dnia na dzień uświadamiam sobie, jak bezużyteczny jestem na tym świecie.”
w międzyczasie jego zainteresowanie matematyką i fizyką nadal rosło.
życie Hertza w kontekście
życie Hertza i żywoty pokrewnych naukowców i matematyków.
zostając naukowcem
fizyka w Monachium
po zakończeniu służby wojskowej 20-letni Hertz przeniósł się do Monachium, aby w październiku 1877 roku rozpocząć kurs inżynieryjny. Miesiąc później, po wielu wewnętrznych udrękach, wycofał się z kursu. Zdecydował, że przede wszystkim chce zostać fizykiem.
zapisał się na Uniwersytet w Monachium, wybierając kursy zaawansowanej matematyki i mechaniki, fizyki eksperymentalnej i chemii eksperymentalnej.
po udanym roku w Monachium przeniósł się na Uniwersytet w Berlinie, ponieważ miał lepsze laboratoria fizyki niż Monachium.
Berlin, Helmholtz i uznanie
w Berlinie, w wieku 21 lat, Hertz rozpoczął pracę w laboratoriach wielkiego fizyka Hermanna von Helmholtza.
Helmholtz musiał rozpoznać rzadki talent Hertza, natychmiast prosząc go o pracę nad problemem, którego rozwiązaniem był szczególnie zainteresowany. Problem był przedmiotem ostrej debaty między Helmholtzem a innym fizykiem o nazwisku Wilhelm Weber.
Wydział Filozofii Uniwersytetu Berlińskiego, z zachętą Helmholtza, zaoferował nagrodę każdemu, kto mógłby rozwiązać problem: czy elektryczność porusza się z bezwładnością? Alternatywnie możemy sformułować pytanie w formie: czy prąd elektryczny ma masę? Albo, jak w Hertz: czy prąd elektryczny ma energię kinetyczną?
Hertz rozpoczął pracę nad problemem i szybko popadł w przyjemną rutynę: uczęszczanie na wykład każdego ranka z dynamiki analitycznej lub magnetyzmu elektrycznego &, przeprowadzanie eksperymentów w laboratorium do godziny 16, a następnie czytanie, obliczanie i myślenie wieczorem.
osobiście projektował eksperymenty, które jego zdaniem mogłyby odpowiedzieć na pytanie Helmholtza. Zaczął się naprawdę dobrze bawić, pisząc do domu:
„nie mogę powiedzieć, o ile więcej satysfakcji daje mi zdobywanie wiedzy dla siebie i dla innych bezpośrednio z natury, a nie tylko uczenie się od innych i samego siebie.”
Nagroda
w sierpniu 1879 roku, w wieku 22 lat, Hertz zdobył nagrodę – złoty medal. W serii bardzo czułych eksperymentów wykazał, że jeśli prąd elektryczny ma jakąkolwiek masę, musi być niewiarygodnie mały. Musimy pamiętać, że kiedy Hertz wykonywał tę pracę, elektron-nośnik prądu elektrycznego – nie został nawet odkryty. Odkrycia J. J. Thomsona dokonano w 1897 roku, 18 lat po pracach Hertza.
1.109 elektrony x 1030 mają masę 1 kg.
Masa 1.109 x 1030 ludzi równa się więcej niż 30 systemów słonecznych, takich jak nasze własne.
masa elektronu jest naprawdę niewielka.
inni fizycy zaczęli zauważać, jak olśniewająca była praca Hertza – młody student łączył eksperymenty z czołówką fizyki, osobiście modyfikując aparaturę w razie potrzeby. Jego umiejętności praktyczne, rozwijane wieczorami w domu, okazały się bezcenne. Jego nagrodzone prace zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Annalen der Physik.
uznając niesamowity talent, jaki miał w swoim laboratorium, Helmholtz poprosił Hertza o nagrodę oferowaną przez Akademię Berlińską: weryfikację teorii elektromagnetyzmu Jamesa Clerka Maxwella. Maxwell stwierdził w 1864, że światło jest falą elektromagnetyczną i że mogą istnieć również inne rodzaje fal elektromagnetycznych.
doktor fizyki
Hertz odrzucił ten projekt; uważał, że próba, bez gwarancji sukcesu, zajmie kilka lat pracy. Był ambitny i chciał szybko publikować nowe wyniki, aby ugruntować swoją reputację.
zamiast pracować dla nagrody, przeprowadził mistrzowski trzymiesięczny projekt dotyczący indukcji elektromagnetycznej. Napisał to jako pracę dyplomową. W lutym 1880 roku, w wieku 23 lat, jego praca przyniosła mu tytuł doktora fizyki. Helmholtz szybko mianował go adiunktem. W tym samym roku Hertz napisał:
” coraz bardziej zdaję sobie sprawę, i to w sposób bardziej niż oczekiwano, że jestem w centrum mojego własnego pola; i czy to jest głupota, czy mądrość, jest to bardzo przyjemne uczucie.”
Hertz przebywał w laboratorium Helmholtza do 1883 roku, w tym czasie opublikował 15 prac w czasopismach naukowych.
Fizyka matematyczna w Kilonii
Hertz był utalentowanym fizykiem eksperymentalnym, ale konkurencja o zapewnienie wykładu w Berlinie była wysoka.
zamiast tego, dzięki wsparciu Helmholtza, Hertz został wykładowcą fizyki matematycznej na Uniwersytecie w Kilonii. Stanowisko to, raczej teoretyczne niż eksperymentalne, rozszerzało jego możliwości. W Kilonii zaczął zmagać się z równaniami Maxwella, pisząc w swoim pamiętniku:
” Hard at Maxwellian electromagnetism in the evening. Nic poza elektromagnetyzmem.”
efektem pracy Hertza był wysoko ceniony artykuł porównujący teorię elektromagnetyczną Maxwella z konkurencyjnymi teoriami. Doszedł do wniosku, że teoria Maxwella wyglądała najbardziej obiecująco. W rzeczywistości przerobił równania Maxwella na wygodniejszą formę.
później napisał:
„od początku teoria Maxwella była najbardziej elegancką ze wszystkich… fundamentalna hipoteza teorii Maxwella przeczyła zwykłym poglądom i nie była poparta dowodami z decydujących eksperymentów.”
odkrycie fal radiowych
jeśli chcesz nieco bardziej szczegółową techniczną relację z odkrycia fal radiowych przez Hertza, mamy jedną tutaj.
Dobrze wyposażone laboratoria i największy Problem
w marcu 1885, desperacko pragnąc powrócić do fizyki doświadczalnej, Hertz przeniósł się na Uniwersytet w Karlsruhe. W wieku 28 lat uzyskał pełną profesurę. Zaoferowano mu dwie inne pełne profesury, co świadczy o jego kwitnącej reputacji. Wybrał Karlsruhe, ponieważ miało najlepsze zaplecze laboratoryjne.
zastanawiając się, w którym kierunku powinny pójść jego badania, jego myśli dryfowały do pracy, do której Helmholtz nie zdołał go przekonać sześć lat wcześniej: udowodnienia teorii Maxwella przez eksperyment.
Hertz zdecydował, że to potężne przedsięwzięcie będzie przedmiotem jego badań w Karlsruhe.
iskra, która zmieniła wszystko
po kilku miesiącach prób eksperymentalnych, pozornie niezniszczalne ściany, które udaremniły wszelkie próby udowodnienia teorii Maxwella, zaczęły się rozpadać.
zaczęło się od iskry.
zaczęło się od przypadkowej obserwacji na początku października 1886 roku, kiedy Hertz pokazywał uczniom iskry elektryczne. Hertz zaczął głęboko myśleć o iskrach i ich wpływie na obwody elektryczne. Rozpoczął serię eksperymentów, generując iskry na różne sposoby.
odkrył coś niesamowitego. Iskry wytwarzały regularne wibracje elektryczne w przewodach elektrycznych, między którymi przeskakiwały. Wibracje poruszały się tam i z powrotem częściej co sekundę, niż cokolwiek Hertz kiedykolwiek napotkał w swojej pracy elektrycznej.
wiedział, że wibracje składają się z szybko przyspieszających i zwalniających ładunków elektrycznych. Gdyby teoria Maxwella miała rację, ładunki te emitowałyby fale elektromagnetyczne, które przechodziły przez powietrze tak samo jak światło.
wytwarzanie i wykrywanie fal radiowych
w listopadzie 1886 Hertz skonstruował urządzenie pokazane poniżej.
Oscylator. Na końcach dwie puste kule cynkowe o średnicy 30 cm. Kule są połączone z miedzianymi przewodami, które biegną w środku, gdzie znajduje się szczelina, między którą mogą przeskakiwać iskry.
zastosował wysokie napięcie prądu przemiennego w centralnej iskierce, tworząc iskry.
iskry powodowały gwałtowne impulsy prądu elektrycznego w przewodach miedzianych. Te impulsy rozbrzmiewały w przewodach, poruszając się tam iz powrotem z prędkością około 100 milionów na sekundę.
jak przewidywał Maxwell, oscylujące ładunki elektryczne wytwarzały fale elektromagnetyczne-fale radiowe-które rozprzestrzeniały się w powietrzu wokół przewodów. Niektóre fale dotarły do pętli miedzianego drutu oddalonego o 1,5 metra, wytwarzając w nim przepięcia prądu elektrycznego. Te przepięcia spowodowały, że iskry przeskakiwały przez iskrę w pętli.
to był eksperymentalny triumf. Hertz wytwarzał i wykrywał fale radiowe. Przepuszczał energię elektryczną przez powietrze z jednego urządzenia do drugiego znajdującego się ponad metr dalej. Nie były potrzebne przewody łączące.
idąc dalej
w ciągu następnych trzech lat, w serii błyskotliwych eksperymentów, Hertz w pełni zweryfikował teorię Maxwella. Udowodnił ponad wszelką wątpliwość, że jego Aparatura wytwarzała fale elektromagnetyczne, wykazując, że energia promieniująca z jego oscylatorów elektrycznych może być odbijana, załamywana, wytwarzać wzory interferencyjne i wytwarzać fale stojące tak jak światło.
eksperyment Hertza udowodnił, że fale radiowe i fale świetlne należą do tej samej rodziny, którą dziś nazywamy widmem elektromagnetycznym.
widmo elektromagnetyczne. Hertz odkrył radiową część widma.
co dziwne, Hertz nie doceniał monumentalnego praktycznego znaczenia fal elektromagnetycznych, które wytwarzał.
„nie sądzę, aby fale bezprzewodowe, które odkryłem, miały jakiekolwiek praktyczne zastosowanie.”
to dlatego, że Hertz był jednym z najczystszych czystych naukowców. Interesował się jedynie projektowaniem eksperymentów, aby zachęcić naturę do ujawnienia mu jej tajemnic. Gdy już to osiągnął, ruszył dalej, pozostawiając wszelkie praktyczne zastosowania innym do wykorzystania.
fale, które Hertz po raz pierwszy wygenerował w listopadzie 1886 roku, szybko zmieniły świat.
w 1896 roku Guglielmo Marconi złożył wniosek o patent na komunikację bezprzewodową. Do 1901 roku nadawał sygnał bezprzewodowy przez Ocean Atlantycki z Wielkiej Brytanii do Kanady.
odkrycie Hertza było kamieniem węgielnym dla większości naszych nowoczesnych technologii komunikacyjnych. Radio, telewizja, łączność satelitarna i telefony komórkowe polegają na nim. Nawet kuchenki mikrofalowe wykorzystują fale elektromagnetyczne: fale przenikają do żywności, ogrzewając ją szybko od wewnątrz.
nasza zdolność do wykrywania fal radiowych zmieniła również naukę astronomii. Radioastronomia pozwoliła nam „zobaczyć” cechy, których nie widzimy w widzialnej części widma. A ponieważ Błyskawica emituje fale radiowe, możemy nawet słuchać burz na Jowiszu i Saturnie.
zarówno naukowcy, jak i nie-naukowcy wiele zawdzięczają Heinrichowi Hertzowi.
efekt fotoelektryczny
w 1887 roku, w ramach swoich prac nad elektromagnetyzmem, Hertz opisał zjawisko, które miało ogromne implikacje dla przyszłości fizyki i naszego fundamentalnego rozumienia wszechświata. Stał się znany jako efekt fotoelektryczny.
świecił światłem ultrafioletowym na elektrycznie naładowanym metalu, obserwując, że światło UV wydawało się powodować, że metal traci ładunek szybciej niż w inny sposób.
napisał pracę, opublikował ją w Annalen der Physik i pozostawił innym do kontynuowania. To byłoby fascynujące zjawisko dla samego Hertza, ale był zbyt zajęty w swoim projekcie Maxwella w tym czasie.
eksperymentatorzy pospieszyli do zbadania nowego zjawiska, które ogłosił Hertz.
W 1899 J. J. Thomson, odkrywca elektronów, ustalił, że światło ultrafioletowe faktycznie wyrzuca elektrony z metalu.
doprowadziło to Alberta Einsteina do przemyślenia teorii światła. W 1905 roku słusznie zaproponował, że światło przychodzi w odrębnych pakietach energii zwanych fotonami. Fotony światła ultrafioletowego mają odpowiednią ilość energii do interakcji z elektronami w metalach, dając elektronom wystarczającą energię do ucieczki z metalu.
Wyjaśnienie Einsteina efektu fotoelektrycznego było jednym z kluczowych czynników w konstruowaniu zupełnie nowego sposobu opisywania zdarzeń w skali atomowej-fizyki kwantowej. Einstein otrzymał w 1921 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za Wyjaśnienie efektu, jaki Hertz odkrył 34 lata wcześniej.
efekt fotoelektryczny. Fotony światła UV przenoszą odpowiednią ilość energii do wyrzucenia elektronów z metalu.
niektóre dane osobowe i koniec
w 1886 roku, w wieku 29 lat, Hertz poślubił Elisabeth Doll w Karlsruhe. Była córką matematyka. Mieli dwie córki: Johannę i Matyldę. Mathilde stała się wpływową biologiem, dokonując prowokujących do myślenia odkryć w dziedzinie rozwiązywania problemów przez zwierzęta.
w wieku 35 lat Hertz bardzo zachorował, cierpiąc na silne migreny. Lekarze myśleli, że miał infekcję. Przeprowadzili serię operacji, ale Hertz nadal się pogarszał.
Heinrich Rudolf Hertz zmarł w wieku 36 lat w Bonn 1 stycznia 1894 roku na zapalenie naczyń krwionośnych wynikające z problemów z układem odpornościowym – szczególnie ziarniniakowatość z zapaleniem naczyń. Został pochowany w rodzinnym Hamburgu, na cmentarzu Ohlsdorf.
w 1930 roku jednostka częstotliwości otrzymała nazwę hertz od Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej. W 1960 roku jednostka została oficjalnie ogłoszona przez Generalną konferencję Miar i Wag.
autor tej strony: Doc
© Wszelkie prawa zastrzeżone.
Przytocz tę stronę
użyj poniższego cytatu zgodnego z MLA:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
opublikowane przez FamousScientists.org
Czytaj dalej
Heinrich Hertz
electric Waves
Macmillan and Co., 1893
Sir Oliver Lodge
the work of Hertz and some of his successors
D. van Nostrand Company, 1894
Rollo Appleyard
pionierzy komunikacji elektrycznej: Heinrich Rudolf Hertz
Komunikacja elektryczna, nr 2, 2, p63-77, październik 1927
G. R. M. Garratt
the early history of radio: from Faraday to Marconi
iet, 1994
Jed Z. Buchwald
tworzenie efektów naukowych: Heinrich Hertz and Electric Waves
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
Znaczenie hipotetycznego w naukach przyrodniczych
Walter de Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (redaktorzy)
Heinrich Hertz: fizyk Klasyczny, filozof współczesny
Springer nauka & biznes Media, 2013