într-o serie de experimente geniale, Heinrich Hertz a descoperit undele radio și a stabilit că teoria electromagnetismului lui James Clerk Maxwell este corectă.
Hertz a descoperit, de asemenea, efectul fotoelectric, oferind unul dintre primele indicii despre existența lumii cuantice. Unitatea de frecvență, hertz, este numită în onoarea sa.
începuturi
Heinrich Rudolf Hertz s-a născut la 22 februarie 1857 în orașul port german Hamburg. El a fost primul născut din cinci copii.
mama sa a fost Anna Elisabeth Pfefferkorn, fiica unui medic.
tatăl său a fost Gustav Ferdinand Hertz, un avocat care a devenit Senator.
bunicul său patern, un bogat om de afaceri evreu, s-a căsătorit într-o familie luterană și s-a convertit la creștinism.
ambii părinți ai lui Heinrich erau luterani, iar el a fost crescut în această credință. Cu toate acestea, părinții săi erau mai interesați de educația sa decât de statutul său religios.
școală
în vârstă de șase ani, Heinrich a început la școala Dr.Wichard Lange din Hamburg. Aceasta a fost o școală privată pentru băieți condusă de celebrul educator Friedrich Wichard Lange. Școala funcționa fără influență religioasă; folosea metode de predare centrate pe copil, ținând cont de diferențele individuale ale elevilor. De asemenea, era strict; se aștepta ca elevii să muncească din greu și să concureze între ei pentru a fi în fruntea clasei. Heinrich s-a bucurat de timpul petrecut la școală și, într-adevăr, a fost cel mai bun din clasa sa.
în mod neobișnuit, școala Dr.Lange nu preda greaca și Latina – clasicele – necesare pentru intrarea la universitate. Foarte tânărul Heinrich le-a spus părinților că vrea să devină inginer. Când au căutat o școală pentru el, au decis că concentrarea alternativă a doctorului Lange, care a inclus științele, a fost cea mai bună opțiune.
Heinrich Hertz, în vârstă de aproximativ 12 ani, împreună cu tatăl său, mama și doi frați mai mici.
mama lui Heinrich era deosebit de pasionată de educația sa. Dându-și seama că avea un talent natural pentru a face lucruri și pentru a desena, ea i-a aranjat lecții de desen duminica la un colegiu tehnic. El a început aceste în vârstă de 11.
Homeschool și construirea de aparate științifice
în vârstă de 15 ani, Heinrich a părăsit școala Dr.Lange pentru a fi educat acasă. El a decis că, probabil, el ar dori să meargă la universitate, după toate. Acum a primit îndrumare în greacă și latină pentru a-l pregăti pentru examene.
a excelat la Limbi, un dar pe care se pare că l-a moștenit de la tatăl său.
profesorul Redslob, un specialist în limbi străine care i-a oferit lui Heinrich o anumită școlarizare în arabă, l-a sfătuit pe tatăl său că Heinrich ar trebui să devină student al limbilor orientale. Niciodată nu a întâlnit pe cineva cu un talent natural mai mare.
Heinrich a început, de asemenea, să studieze științele și matematica acasă, din nou cu ajutorul unui tutore privat.
avea un apetit colosal pentru munca grea. Mama lui a spus:
când stătea cu cărțile sale, nimic nu-l putea deranja sau nu-l putea îndepărta de ele.
deși părăsise școala Normală, el a continuat să frecventeze Colegiul Tehnic duminică dimineața.
seara lucra cu mâinile. A învățat să opereze un strung. A construit modele și a început să construiască aparate științifice din ce în ce mai sofisticate, cum ar fi un spectroscop. El a folosit acest aparat pentru a-și face propriile experimente de fizică și chimie.
arhitectura și armata
în vârstă de 17 ani, Heinrich s-a întors la școală, Johanneum, timp de un an pentru a se pregăti pe deplin pentru examenele clasice pentru universitate. După ce a trecut examenele, s-a răzgândit imediat din nou, hotărând să devină ucenic de arhitect. S – a mutat la Frankfurt, unde ziua lucra în biroul unui arhitect, iar seara citea cărți de fizică în Germană, iar literatura greacă veche în greaca antică originală-în mod natural!
arhitectura l-a plictisit repede.
în primăvara anului 1876, la vârsta de 19 ani, s-a mutat din nou, la Dresda, pentru a studia ingineria. După doar câteva luni a fost redactat în armată pentru serviciul obligatoriu de un an. Deși s-a bucurat de disciplina vieții armatei, a găsit armata plictisitoare. Destul de mizerabil, el a scris acasă la un moment dat:
„… zi de zi devin mai conștient de cât de inutil rămân în această lume.”
între timp, interesul său pentru matematică și fizică a continuat să crească.
viața lui Hertz în Context
viața lui Hertz și viețile oamenilor de știință și matematicieni înrudiți.
Devenind om de știință
fizică în Munchen
după ce și-a terminat serviciul militar, Hertz, în vârstă de 20 de ani, s-a mutat la Munchen pentru a începe un curs de inginerie în octombrie 1877. O lună mai târziu, după multă suferință internă, a renunțat la curs. El a decis că, mai presus de toate, dorea să devină fizician.
s-a înscris la Universitatea din Munchen, alegând cursuri de matematică și mecanică avansată, fizică experimentală și chimie experimentală.
după un an de succes la Munchen s-a mutat la Universitatea din Berlin pentru că avea laboratoare de fizică mai bune decât Munchen.
Berlin, Helmholtz și recunoaștere
la Berlin, în vârstă de 21 de ani, Hertz a început să lucreze în laboratoarele marelui fizician Hermann von Helmholtz.
Helmholtz trebuie să fi recunoscut un talent rar în Hertz, cerându-i imediat să lucreze la o problemă a cărei soluție era deosebit de interesată. Problema a fost subiectul unei dezbateri aprige între Helmholtz și un alt fizician pe nume Wilhelm Weber.
Departamentul de Filosofie al Universității din Berlin, cu încurajarea lui Helmholtz, oferise un premiu oricui putea rezolva problema: electricitatea se mișcă cu inerție? Alternativ, am putea încadra întrebarea sub forma: curentul electric are masă? Sau, așa cum este încadrat de Hertz: curentul electric are energie cinetică?
Hertz a început să lucreze la problemă și a căzut rapid într-o rutină plăcută: participând la o prelegere în fiecare dimineață, fie în dinamica analitică, fie în magnetismul electricității &, efectuând experimente în laborator până la 4pm, apoi citind, calculând și gândind seara.
el a proiectat personal experimente despre care credea că vor răspunde la întrebarea lui Helmholtz. A început să se bucure cu adevărat, scriind acasă:
„nu vă pot spune cât de multă satisfacție îmi dă să dobândesc cunoștințe pentru mine și pentru alții direct din natură, mai degrabă decât să învăț doar de la alții și de la mine însumi.”
Premiul
în August 1879, la vârsta de 22 de ani, Hertz a câștigat premiul – o medalie de aur. Într-o serie de experimente extrem de sensibile, el a demonstrat că, dacă curentul electric are o masă, trebuie să fie incredibil de mic. Trebuie să avem în vedere că atunci când Hertz a efectuat această lucrare, electronul – purtătorul curentului electric – nici măcar nu fusese descoperit. Descoperirea lui J. J. Thomson a fost făcută în 1897, la 18 ani după opera lui Hertz.
1.109 x 1030 electronii au o masă de 1 kg.
masa lui 1.109 x 1030 oameni ar fi egal cu mai mult de 30 de sisteme solare ca ale noastre.
masa electronului este într-adevăr mică.
alți fizicieni au început să observe cât de uimitoare a fost lucrarea lui Hertz – tânărul student a pus împreună experimente în fruntea fizicii, modificând personal aparatele după cum este necesar. Abilitățile sale practice, dezvoltate acasă seara, s-au dovedit a fi neprețuite. Lucrarea sa premiată a fost publicată în prestigioasa revistă Annalen der Physik.
recunoscând talentul incredibil pe care îl avea în laboratorul său, Helmholtz i-a cerut acum lui Hertz să concureze pentru un premiu oferit de Academia din Berlin: verificarea teoriei electromagnetismului lui James Clerk Maxwell. Maxwell afirmase în 1864 că lumina era o undă electromagnetică și că ar putea exista și alte tipuri de unde electromagnetice.
Doctor în fizică
Hertz a refuzat acest proiect; el credea că încercarea, fără nicio garanție a succesului, va dura câțiva ani de muncă. Era ambițios și dorea să publice rapid noi rezultate pentru a-și stabili reputația.
în loc să lucreze pentru premiu, el a realizat un proiect magistral de trei luni privind inducția electromagnetică. A scris asta ca o teză. În februarie 1880, la vârsta de 23 de ani, teza sa i-a adus premiul unui doctorat în fizică. Helmholtz l-a numit rapid profesor asistent. Mai târziu în acel an, Hertz a scris:
„devin din ce în ce mai conștient și în mai multe moduri decât mă așteptam, că sunt în centrul propriului meu domeniu; și indiferent dacă este nebunie sau înțelepciune, este un sentiment foarte plăcut.”
Hertz a rămas în laboratorul lui Helmholtz până în 1883, timp în care a publicat 15 lucrări în reviste academice.
fizica matematică la Kiel
Hertz a fost un fizician experimental talentat, dar concurența pentru a obține un lector la Berlin a fost ridicată.
în schimb, cu sprijinul lui Helmholtz, Hertz a devenit lector de Fizică Matematică la Universitatea din Kiel. Această poziție, mai degrabă teoretică decât experimentală, și-a extins abilitățile. La Kiel a început să se confrunte cu ecuațiile lui Maxwell, scriind în jurnalul său:
„greu la electromagnetismul Maxwellian seara. Nimic altceva decât electromagnetism.”
rezultatul lucrării lui Hertz a fost o lucrare foarte apreciată care compara teoria electromagnetică a lui Maxwell cu teoriile concurente. El a concluzionat că teoria lui Maxwell părea cea mai promițătoare. De fapt, el a refăcut ecuațiile lui Maxwell într-o formă mai convenabilă.
a scris mai târziu:
„de la început, teoria lui Maxwell a fost cea mai elegantă dintre toate… ipoteza fundamentală a teoriei lui Maxwell a contrazis opiniile obișnuite și nu a fost susținută de dovezi din experimente decisive.”
descoperirea undelor Radio
dacă doriți o relatare tehnică ceva mai detaliată a descoperirii undelor radio de către Hertz, avem una aici.
laboratoare bine echipate și atacând cea mai mare problemă
în martie 1885, disperat să se întoarcă la fizica experimentală, Hertz s-a mutat la Universitatea din Karlsruhe. În vârstă de 28 de ani, a obținut o catedră completă. De fapt, i s-au oferit alte două catedre complete, un semn al reputației sale înfloritoare. El a ales Karlsruhe pentru că avea cele mai bune facilități de laborator.
întrebându-se în ce direcție ar trebui să ia cercetările sale, gândurile sale s-au îndreptat spre lucrarea premiată Helmholtz nu reușise să-l convingă să o facă cu șase ani mai devreme: dovedind teoria lui Maxwell prin experiment.
Hertz a decis că această întreprindere puternică va fi punctul central al cercetărilor sale la Karlsruhe.
o scânteie care a schimbat totul
după câteva luni de încercări experimentale, zidurile aparent incasabile care au frustrat toate încercările de a dovedi teoria lui Maxwell au început să se prăbușească.
a început cu o scânteie.
a început cu o observație întâmplătoare la începutul lunii octombrie 1886, când Hertz arăta studenților scântei electrice. Hertz a început să se gândească profund la scântei și la efectele lor în circuitele electrice. A început o serie de experimente, generând scântei în moduri diferite.
a descoperit ceva uimitor. Scânteile au produs o vibrație electrică regulată în firele electrice între care au sărit. Vibrația se mișca înainte și înapoi mai des în fiecare secundă decât orice întâlnise Hertz vreodată în lucrarea sa electrică.
știa că vibrația era formată din accelerarea și decelerarea rapidă a sarcinilor electrice. Dacă teoria lui Maxwell ar fi corectă, aceste sarcini ar radia unde electromagnetice care ar trece prin aer la fel ca lumina.
producerea și detectarea undelor Radio
în noiembrie 1886 Hertz a construit aparatul prezentat mai jos.
Oscilatorul. La capete sunt două sfere de zinc goale cu diametrul de 30 cm. Sferele sunt conectate fiecare la fire de cupru care se execută în mijloc în cazul în care există un decalaj de scântei pentru a sari între.
el a aplicat electricitate de înaltă tensiune a.C. peste golul central al scânteii, creând scântei.
scânteile au provocat impulsuri violente de curent electric în firele de cupru. Aceste impulsuri au reverberat în interiorul firelor, crescând înainte și înapoi la o rată de aproximativ 100 de milioane pe secundă.
după cum prezisese Maxwell, sarcinile electrice oscilante au produs unde electromagnetice – unde radio – care s-au răspândit prin aer în jurul firelor. Unele dintre valuri au ajuns la o buclă de sârmă de cupru la 1,5 metri distanță, producând valuri de curent electric în interiorul acestuia. Aceste valuri au făcut ca scânteile să sară peste un decalaj de scânteie în buclă.
acesta a fost un triumf experimental. Hertz a produs și detectat unde radio. El a trecut energia electrică prin aer de la un dispozitiv la altul situat la peste un metru distanță. Nu au fost necesare fire de conectare.
Mergând mai departe
în următorii trei ani, într-o serie de experimente strălucite, Hertz a verificat pe deplin teoria lui Maxwell. El a dovedit fără îndoială că aparatul său producea unde electromagnetice, demonstrând că energia care radiază de la oscilatoarele sale electrice ar putea fi reflectată, refractată, produce modele de interferență și produce unde în picioare la fel ca lumina.
experimentul lui Hertz a dovedit că undele radio și undele luminoase făceau parte din aceeași familie, pe care astăzi o numim spectru electromagnetic.
spectrul electromagnetic. Hertz a descoperit partea radio a spectrului.
în mod ciudat, însă, Hertz nu a apreciat importanța practică monumentală a undelor electromagnetice pe care le-a produs.
„nu cred că undele wireless pe care le-am descoperit vor avea vreo aplicație practică.”
acest lucru se datorează faptului că Hertz a fost unul dintre cei mai puri oameni de știință Puri. El era interesat doar de proiectarea experimentelor pentru a atrage natura să-i dezvăluie misterele. Odată ce a realizat acest lucru, el ar merge mai departe, lăsând orice aplicații practice pentru alții să exploateze.
valurile generate de Hertz în noiembrie 1886 au schimbat rapid lumea.
până în 1896, Guglielmo Marconi a solicitat un brevet pentru comunicații fără fir. Până în 1901 a transmis un semnal wireless peste Oceanul Atlantic din Marea Britanie în Canada.
descoperirea lui Hertz a fost piatra de temelie pentru o mare parte din tehnologia noastră modernă de comunicații. Radio, televiziune, comunicații prin satelit, și telefoane mobile toate se bazează pe ea. Chiar și cuptoarele cu microunde folosesc unde electromagnetice: valurile pătrund în alimente, încălzindu-l rapid din interior.
capacitatea noastră de a detecta undele radio a transformat, de asemenea, știința astronomiei. Radioastronomia ne-a permis să ‘vedem’ trăsături pe care nu le putem vedea în partea vizibilă a spectrului. Și pentru că fulgerul emite unde radio, putem asculta chiar furtuni de fulgere pe Jupiter și Saturn.
oamenii de știință și non-oamenii de știință îi datorează mult lui Heinrich Hertz.
efectul fotoelectric
în 1887, ca parte a lucrării sale despre electromagnetism, Hertz a raportat un fenomen care a avut implicații enorme pentru viitorul fizicii și înțelegerea noastră fundamentală a universului. A ajuns să fie cunoscut sub numele de efect fotoelectric.
a strălucit lumina ultravioletă pe metalul încărcat electric, observând că lumina UV părea să facă ca metalul să-și piardă sarcina mai repede decât altfel.
el a scris lucrarea, a publicat-o în Annalen der Physik și a lăsat-o pentru alții să o urmărească. Ar fi fost un fenomen fascinant pentru Hertz însuși să investigheze, dar era prea înfășurat în proiectul său Maxwell la acea vreme.
experimentatorii s-au grăbit să investigheze noul fenomen anunțat de Hertz.
În 1899 J. J. Thomson, descoperitorul electronului, a stabilit că lumina ultravioletă a expulzat de fapt electroni din metal.
acest lucru l-a determinat pe Albert Einstein să regândească teoria luminii. În 1905, el a propus în mod corect că lumina a venit în pachete distincte de energie numite fotoni. Fotonii de lumină ultravioletă au cantitatea potrivită de energie pentru a interacționa cu electronii din metale, oferind electronilor suficientă energie pentru a scăpa de metal.
explicația lui Einstein a efectului fotoelectric a fost unul dintre factorii cheie în construirea unui mod complet nou de a descrie evenimentele la scară atomică-fizica cuantică. Einstein a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1921 pentru explicarea efectului pe care Hertz îl descoperise cu 34 de ani în urmă.
efectul fotoelectric. Fotonii de lumină UV transportă cantitatea corectă de energie pentru a scoate electronii dintr-un metal.
câteva detalii personale și sfârșitul
în 1886, la vârsta de 29 de ani, Hertz s-a căsătorit cu Elisabeth Doll în Karlsruhe. Era fiica unui matematician. Au avut două fiice, Johanna și Mathilde. Mathilde a devenit un biolog influent, făcând descoperiri provocatoare în domeniul modului în care animalele rezolvă problemele.
la vârsta de 35 Hertz a devenit foarte bolnav, suferind migrene severe. Doctorii au crezut că are o infecție. Au efectuat o serie de operații, dar Hertz a continuat să se deterioreze.
Heinrich Rudolf Hertz a murit la vârsta de 36 de ani la Bonn la 1 ianuarie 1894 din cauza inflamației vaselor de sânge rezultate din probleme ale sistemului imunitar-în special granulomatoza cu poliangiită. A fost înmormântat în orașul său natal Hamburg, în Cimitirul Ohlsdorf.
în 1930 unitatea de frecvență a fost numită hertz de către Comisia Electrotehnică Internațională. În 1960, unitatea a fost oficializată de Conferința Generală privind greutățile și măsurile.
autor al acestei pagini: Doc
imagini îmbunătățite digital și colorizate de acest site web. Toate drepturile rezervate.
citați Această pagină
vă rugăm să folosiți următoarea citare conformă MLA:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
publicat de Faimosoameni de știință.org
Lectură suplimentară
Heinrich Hertz
unde electrice
Macmillan și Co., 1893
Sir Oliver Lodge
lucrarea lui Hertz și a unora dintre succesorii săi
compania D. van Nostrand, 1894
Rollo Appleyard
pionieri ai comunicării electrice: Heinrich Rudolf Hertz
comunicare electrică, nr. 2, 2, p63-77, octombrie 1927
G. R. M. Garratt
istoria timpurie a radioului: de la Faraday la Marconi
iet, 1994
Jed Z. Buchwald
crearea efectelor științifice: Heinrich Hertz și undele electrice
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
semnificația ipoteticului în științele Naturii
Walter De Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (editori)
Heinrich Hertz: fizician clasic, filozof Modern
Springer știință & mass-media de afaceri, 2013