i en serie lysande experiment upptäckte Heinrich Hertz radiovågor och konstaterade att James Clerk Maxwells teori om elektromagnetism är korrekt.
Hertz upptäckte också den fotoelektriska effekten, vilket gav en av de första ledtrådarna till kvantvärldens existens. Frekvensenheten, hertz, heter till hans ära.
början
Heinrich Rudolf Hertz föddes den 22 februari 1857 i den tyska hamnstaden Hamburg. Han var den förstfödde av fem barn.
hans mor var Anna Elisabeth Pfefferkorn, dotter till en läkare.
hans far var Gustav Ferdinand Hertz, en advokat som blev Senator.
hans farfar, en rik judisk affärsman, hade gift sig med en luthersk familj och Konverterat till kristendomen.
båda Heinrichs föräldrar var lutheraner, och han växte upp i denna tro. Hans föräldrar var dock mer intresserade av hans utbildning än hans religiösa status.
skola
Heinrich började vid Dr.Wichard Lange-skolan i Hamburg. Detta var en privatskola för pojkar som drivs av den berömda läraren Friedrich Wichard Lange. Skolan fungerade utan religiöst inflytande; den använde barncentrerade undervisningsmetoder med hänsyn till elevernas individuella skillnader. Det var också strikt; eleverna förväntades arbeta hårt och tävla med varandra för att vara topp i klassen. Heinrich njöt av sin tid i skolan och var verkligen toppen av sin klass.
ovanligt lärde Dr.Lange ’ s school Inte grekiska och latinska – klassikerna – som behövs för universitetsinträde. Den mycket unga Heinrich berättade för sina föräldrar att han ville bli ingenjör. När de letade efter en skola för honom bestämde de sig för att Dr.Langes alternativa fokus, som inkluderade vetenskapen, var det bästa alternativet.
Heinrich Hertz, ungefär 12 år gammal, med sin far, mor och två yngre bröder.
Heinrichs mor var särskilt passionerad för sin utbildning. Insåg att han hade en naturlig talang för att göra saker och för att rita, hon arrangerade utkast lektioner för honom på söndagar på en teknisk högskola. Han startade dessa 11 år.
Homeschool and Building Scientific Apparatus
i åldern 15 lämnade Heinrich Dr.Lange ’ s school för att utbildas hemma. Han hade bestämt sig för att han kanske skulle vilja gå på universitetet trots allt. Nu fick han handledning på grekiska och Latin för att förbereda honom för tentorna.
han utmärkte sig på språk, en gåva som han verkar ha ärvt från sin far.
Professor Redslob, en språkspecialist som gav Heinrich lite undervisning på arabiska, rådde sin far att Heinrich skulle bli student i orientaliska språk. Aldrig tidigare hade han träffat någon med större naturlig talang.
Heinrich började också studera vetenskap och matematik hemma, igen med hjälp av en privat handledare.
han hade en kolossal aptit för hårt arbete. Hans mor sa:
när han satt med sina böcker kunde ingenting störa honom eller dra honom bort från dem.
även om han hade lämnat sin normala skola fortsatte han att gå på Tekniska högskolan på söndag morgon.
på kvällarna arbetade han med händerna. Han lärde sig att använda en svarv. Han byggde modeller och började bygga alltmer sofistikerade vetenskapliga apparater som ett spektroskop. Han använde denna apparat för att göra sina egna fysik-och kemiexperiment.
arkitektur och Army
i åldern 17 återvände Heinrich till skolan, Johanneum, i ett år för att fullt ut förbereda sig för klassikernas tentor för universitetet. Efter att ha passerat tentorna ändrade han sig omedelbart igen och bestämde sig för att bli arkitektens lärling. Han flyttade till Frankfurt, där han på dagen arbetade på ett arkitektkontor och på kvällen läste han fysikböcker på tyska och antik grekisk litteratur på den ursprungliga antika grekiska – naturligtvis!
arkitektur snabbt uttråkad honom.
våren 1876, 19 år gammal, flyttade han igen till Dresden för att studera teknik. Efter bara några månader utsågs han till militär för ett års obligatorisk tjänst. Trots att han åtnjöt disciplinen i militärlivet, tyckte han att militären var tråkig. Ganska eländigt, han skrev hem vid ett tillfälle:
” … dag för dag blir jag mer medveten om hur värdelös jag förblir i denna värld.”
samtidigt fortsatte hans intresse för matematik och fysik att växa.
Hertz livstid i sammanhang
Hertz livstid och livstiderna för relaterade forskare och matematiker.
att bli forskare
fysik i Munich
efter att ha avslutat sin militärtjänst flyttade den 20-årige Hertz till Munich för att påbörja en ingenjörskurs i oktober 1877. En månad senare, efter mycket inre ångest, släppte han sig ur kursen. Han hade bestämt sig för att han framför allt ville bli fysiker.
han registrerade sig vid universitetet i Munich och valde kurser i avancerad matematik och mekanik, experimentell fysik och experimentell kemi.
efter ett framgångsrikt år i Munich flyttade han till Universitetet i Berlin eftersom det hade bättre fysiklaboratorier än Munich.
Berlin, Helmholtz och erkännande
i Berlin, 21 år gammal, började Hertz arbeta i laboratorierna för den stora fysikern Hermann von Helmholtz.
Helmholtz måste ha erkänt en sällsynt talang i Hertz och omedelbart be honom att arbeta med ett problem vars lösning han var särskilt intresserad av. Problemet var föremål för en hård debatt mellan Helmholtz och en annan fysiker med namnet Wilhelm Weber.
universitetet i Berlins filosofiska avdelning, med Helmholtz uppmuntran, hade erbjudit ett pris till alla som kunde lösa problemet: rör sig El med tröghet? Alternativt kan vi rama in frågan i formen: har elektrisk ström massa? Eller, som inramat av Hertz: har elektrisk ström kinetisk energi?
Hertz började arbeta med problemet och föll snabbt i en trevlig rutin: delta i en föreläsning varje morgon i antingen analytisk dynamik eller elektricitet & magnetism, genomföra experiment i laboratoriet fram till 4 pm, sedan läsa, beräkna och tänka på kvällen.
han utformade personligen experiment som han trodde skulle svara på Helmholtz fråga. Han började verkligen njuta av sig själv, skriver hem:
” jag kan inte säga hur mycket mer tillfredsställelse det ger mig att få kunskap för mig själv och för andra direkt från naturen, snarare än att bara lära av andra och mig själv ensam.”
priset
i augusti 1879, 22 år gammal, vann Hertz priset-en guldmedalj. I en serie mycket känsliga experiment visade han att om elektrisk ström har någon massa alls måste den vara otroligt liten. Vi måste komma ihåg att när Hertz utförde detta arbete hade elektronen – bäraren av elektrisk ström – inte ens upptäckts. J. J. Thomsons upptäckt gjordes 1897, 18 år efter Hertz arbete.
1.109 X 1030 elektroner har en massa på 1 kg.
massan av 1.109 x 1030 människor skulle motsvara mer än 30 solsystem som våra egna.
elektronens massa är verkligen liten.
andra fysiker började märka hur bländande Hertzs arbete var-den unga studenten sammanställde experiment i fysikens framkant och personligen modifierade apparater efter behov. Hans praktiska färdigheter, som utvecklades hemma på kvällarna, visade sig vara ovärderliga. Hans prisbelönta arbete publicerades i den prestigefyllda tidskriften Annalen der Physik.
genom att erkänna den otroliga talang han hade i sitt laboratorium bad Helmholtz nu Hertz att tävla om ett pris som erbjuds av Berlinakademin: verifiera James Clerk Maxwells teori om elektromagnetism. Maxwell hade 1864 sagt att ljus var en elektromagnetisk våg och att andra typer av elektromagnetisk våg också kunde existera.
doktor i fysik
Hertz avböjde detta projekt; han trodde att försöket, utan garanti för framgång, skulle ta flera års arbete. Han var ambitiös och ville snabbt publicera nya resultat för att etablera sitt rykte.
istället för att arbeta för priset genomförde han ett mästerligt tremånadersprojekt om elektromagnetisk induktion. Han skrev upp detta som en avhandling. I februari 1880, vid 23 års ålder, gav hans avhandling honom en doktorsexamen i fysik. Helmholtz utsåg honom snabbt som biträdande professor. Senare samma år skrev Hertz:
” jag blir alltmer medveten, och på fler sätt än väntat, att jag är i centrum för mitt eget fält; och om det är dårskap eller visdom, det är en mycket trevlig känsla.”
Hertz stannade i Helmholtz laboratorium fram till 1883, under vilken tid han publicerade 15 artiklar i akademiska tidskrifter.
Matematisk fysik vid Kiel
Hertz var en begåvad experimentell fysiker, men konkurrensen om att säkra en föreläsning i Berlin var hög.
istället, med Helmholtz stöd, blev Hertz lektor i matematisk fysik vid universitetet i Kiel. Denna position, teoretisk snarare än experimentell, utvidgade sina förmågor. På Kiel började han ta tag i Maxwells ekvationer och skrev i sin dagbok:
” hårt på Maxwellian elektromagnetism på kvällen. Inget annat än elektromagnetism.”
resultatet av Hertz arbete var ett högt ansett papper som jämförde Maxwells elektromagnetiska teori med konkurrerande teorier. Han drog slutsatsen att Maxwells teori såg mest lovande ut. Faktum är att han omarbetade Maxwells ekvationer till en mer bekväm form.
han skrev senare:
”från början var Maxwells teori den mest eleganta av alla… den grundläggande hypotesen om Maxwells teori motsatte sig de vanliga åsikterna och stöddes inte av bevis från avgörande experiment.”
upptäckten av radiovågor
om du vill ha en något mer detaljerad teknisk redogörelse för Hertz upptäckt av radiovågor, har vi en här.
välutrustade laboratorier och attackerar det största problemet
i mars 1885, desperat att återvända till experimentell fysik, flyttade Hertz till Universitetet i Karlsruhe. Åldrig 28, Han hade säkrat en fullständig professur. Han erbjöds faktiskt två andra professurer, ett tecken på hans blomstrande rykte. Han valde Karlsruhe eftersom den hade de bästa laboratorieanläggningarna.
undrar vilken riktning hans forskning ska ta, hans tankar drev till prisarbetet Helmholtz hade misslyckats med att övertyga honom att göra sex år tidigare: bevisa Maxwells teori genom experiment.
Hertz bestämde att detta mäktiga företag skulle vara fokus för hans forskning vid Karlsruhe.
en gnista som förändrade allt
efter några månader av experimentella försök började de uppenbarligen obrytbara väggarna som hade frustrerat alla försök att bevisa Maxwells teori smula.
det började med en gnista.
det började med en chansobservation tidigt i oktober 1886, när Hertz visade studenter elektriska gnistor. Hertz började tänka djupt på gnistor och deras effekter i elektriska kretsar. Han började en serie experiment och genererade gnistor på olika sätt.
han upptäckte något fantastiskt. Gnistor producerade en vanlig elektrisk vibration i de elektriska ledningarna de hoppade mellan. Vibrationen rörde sig fram och tillbaka oftare varje sekund än vad Hertz någonsin hade stött på tidigare i sitt elektriska arbete.
han visste att vibrationen bestod av snabbt accelererande och retarderande elektriska laddningar. Om Maxwells teori hade rätt skulle dessa laddningar utstråla elektromagnetiska vågor som skulle passera genom luften precis som ljuset gör.
producera och detektera radiovågor
i November 1886 konstruerade Hertz apparaten som visas nedan.
Oscillatorn. I ändarna finns två ihåliga zinkkulor med diameter 30 cm. Sfärerna är vardera anslutna till koppartrådar som löper in i mitten där det finns ett gap för gnistor att hoppa mellan.
han applicerade högspänning a.c. elektricitet över det centrala gnistgapet och skapade gnistor.
gnistorna orsakade våldsamma pulser av elektrisk ström i koppartrådarna. Dessa pulser reverberated i ledningarna, svallande fram och tillbaka med en hastighet av ungefär 100 miljoner per sekund.
som Maxwell hade förutsagt producerade de oscillerande elektriska laddningarna elektromagnetiska vågor-radiovågor-som spred sig genom luften runt ledningarna. Några av vågorna nådde en slinga av koppartråd 1, 5 meter bort, vilket gav upphov till elektrisk ström i den. Dessa störningar orsakade gnistor att hoppa över ett gnistgap i slingan.
detta var en experimentell triumf. Hertz hade producerat och upptäckt radiovågor. Han hade passerat elektrisk energi genom luften från en enhet till en annan som ligger över en meter bort. Inga anslutande ledningar behövdes.
ta det vidare
under de kommande tre åren, i en serie lysande experiment, Hertz verifierade fullständigt Maxwells teori. Han bevisade utan tvekan att hans apparat producerade elektromagnetiska vågor, vilket visade att energin som strålade från hans elektriska oscillatorer kunde reflekteras, brytas, producera interferensmönster och producera stående vågor precis som ljus.
Hertz experiment visade att radiovågor och ljusvågor var en del av samma familj, som vi idag kallar det elektromagnetiska spektrumet.
det elektromagnetiska spektrumet. Hertz upptäckte radiodelen av spektrumet.
konstigt nog uppskattade Hertz inte den monumentala praktiska betydelsen av de elektromagnetiska vågor han hade producerat.
” jag tror inte att de trådlösa vågorna jag har upptäckt kommer att ha någon praktisk tillämpning.”
detta berodde på att Hertz var en av de renaste av rena forskare. Han var bara intresserad av att utforma experiment för att locka naturen att avslöja sina mysterier för honom. När han hade uppnått detta, han skulle gå vidare, lämnar några praktiska tillämpningar för andra att utnyttja.
vågorna Hertz först genererade i November 1886 förändrade snabbt världen.
år 1896 hade Guglielmo Marconi ansökt om patent för trådlös kommunikation. År 1901 hade han överfört en trådlös signal över Atlanten från Storbritannien till Kanada.
Hertz upptäckt var grundstenen för mycket av vår moderna kommunikationsteknik. Radio, TV, satellitkommunikation och mobiltelefoner är alla beroende av det. Även Mikrovågsugnar använder elektromagnetiska vågor: vågorna tränger in i maten och värmer det snabbt från insidan.
vår förmåga att upptäcka radiovågor har också förändrat vetenskapen om astronomi. Radioastronomi har gjort det möjligt för oss att’ se ’ funktioner som vi inte kan se i den synliga delen av spektrumet. Och eftersom blixten avger radiovågor kan vi till och med lyssna på åskväder på Jupiter och Saturnus.
både forskare och icke-forskare är skyldiga Heinrich Hertz mycket.
den fotoelektriska effekten
1887, som en del av sitt arbete med elektromagnetism, rapporterade Hertz ett fenomen som hade enorma konsekvenser för fysikens framtid och vår grundläggande förståelse av universum. Det blev känt som den fotoelektriska effekten.
han lyste ultraviolett ljus på elektriskt laddad metall och observerade att UV-ljuset tycktes få metallen att förlora sin laddning snabbare än annars.
han skrev upp arbetet, publicerade det i Annalen der Physik och lämnade det för andra att fortsätta. Det skulle ha varit ett fascinerande fenomen för Hertz själv att undersöka, men han var för avvecklad i sitt Maxwell-projekt vid den tiden.
experimenter rusade för att undersöka det nya fenomenet Hertz hade meddelat.
Under 1899 J. J. Thomson, elektronens upptäckare, fastställde att ultraviolett ljus faktiskt utstötte elektroner från metall.
Detta ledde Albert Einstein att ompröva teorin om ljus. 1905 föreslog han korrekt att ljus kom i distinkta paket av energi som kallas fotoner. Fotoner av ultraviolett ljus har rätt mängd energi för att interagera med elektroner i metaller, vilket ger elektronerna tillräckligt med energi för att fly från metallen.
Einsteins förklaring av den fotoelektriska effekten var en av de viktigaste drivkrafterna för att konstruera ett helt nytt sätt att beskriva händelser i atomskala-kvantfysik. Einstein tilldelades 1921 Nobelpriset i fysik för att förklara effekten Hertz hade upptäckt 34 år tidigare.
den fotoelektriska effekten. Fotoner av UV-ljus bär rätt mängd energi för att mata ut elektroner från en metall.
några personuppgifter och slutet
år 1886, 29 år gammal, gifte sig Hertz med Elisabeth Doll i Karlsruhe. Hon var dotter till en matematiker. De hade två döttrar, Johanna och Mathilde. Mathilde blev en inflytelserik biolog och gjorde tankeväckande upptäckter inom området för hur djur löser problem.
vid 35 års ålder blev Hertz mycket sjuk och led av svåra migrän. Läkarna trodde att han hade en infektion. De utförde en serie operationer, men Hertz fortsatte att försämras.
Heinrich Rudolf Hertz dog 36 år gammal i Bonn den 1 januari 1894 av blodkärlsinflammation till följd av immunsystemproblem-specifikt granulomatos med polyangiit. Han begravdes i sin hemstad Hamburg, på Ohlsdorf-kyrkogården.
1930 fick frekvensenheten namnet hertz av International Electrotechnical Commission. 1960 blev enheten officiell av generalkonferensen om vikter och åtgärder.
författare till denna sida: Doc
bilder digitalt förbättras och färgas av denna webbplats. Alla rättigheter förbehållna.
citera den här sidan
använd följande MLA-kompatibla citat:
"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
publicerad av FamousScientists.org
Vidare läsning
Heinrich Hertz
elektriska vågor
Macmillan och Co., 1893
Sir Oliver Lodge
Hertz och några av hans efterträdare
D. van Nostrand Company, 1894
Rollo Appleyard
pionjärer inom elektrisk kommunikation: Heinrich Rudolf Hertz
elektrisk kommunikation, nr 2, 2, p63-77, oktober 1927
G. R. M. Garratt
radioens tidiga historia: från Faraday till Marconi
iet, 1994
Jed Z. Buchwald
skapandet av vetenskapliga effekter: Heinrich Hertz och elektriska vågor
University of Chicago Press, 1994
Michael Heidelberger, Gregor Schiemann
betydelsen av den hypotetiska i naturvetenskapen
Walter De Gruyter, 2009
D. Baird, R. I. Hughes, Alfred Nordmann (redaktörer)
Heinrich Hertz: klassisk fysiker, Modern filosof
Springer Science & affärsmedia, 2013