Генрих Герц - Heinrich Hertz

Генрих Герц
Генрих Рудольф Герц
Родившийся
Генрих Рудольф Герц

(1857-02-22)22 февраля 1857 г.
Гамбург, Германская конфедерация
Умер1 января 1894 г.(1894-01-01) (36 лет)
Бонн, Германская Империя
НациональностьНемецкий
Альма-матерМюнхенский университет
Берлинский университет
ИзвестенКонтактная механика
Электромагнитное излучение
Emagram
Параболическая антенна
Фотоэлектрический эффект
Конус Герца
Дипольная антенна Герца
Вектор Герца
Уравнение Герца-Кнудсена
Принцип наименьшей кривизны Герца
НаградыМаттеуччи Медаль (1888)
Рамфорд Медаль (1890)
Научная карьера
ПоляЭлектромагнетизм
Электротехника
Контактная механика
УчрежденияКильский университет
Университет Карлсруэ
Боннский университет
ДокторантГерман фон Гельмгольц
ДокторантыВильгельм Бьеркнес
Подпись
Автограф Генриха Герца.png

Генрих Рудольф Герц (/часɜːrтs/ Больно; Немецкий: [ˈHaɪnʁɪç ˈhɛʁts];[1][2] 22 февраля 1857 - 1 января 1894) был немец физик кто первым окончательно доказал существование электромагнитные волны предсказано Джеймс Клерк Максвелл с уравнения электромагнетизма. Единица частоты, цикл в секунду, был назван "герц "в его честь.[3]

биография

Генрих Рудольф Герц родился в 1857 г. Гамбург, то суверенное государство Германская конфедерация, в процветающий и культурный Ганзейский семья. Его отец был Густав Фердинанд Герц.[4] Его матерью была Анна Элизабет Пфефферкорн.

Во время учебы в Gelehrtenschule des Johanneums в Гамбурге Герц проявил склонность к наукам, а также к языкам, изучая арабский и санскрит. Он изучал науку и технику в немецких городах Дрезден, Мюнхен и Берлин, где учился Густав Р. Кирхгоф и Герман фон Гельмгольц. В 1880 году Герц получил докторскую степень в Берлинский университет, и в течение следующих трех лет оставался для обучения в докторантуре у Гельмгольца, работая в качестве его помощника. В 1883 году Герц занял пост преподавателя теоретической физики в Кильский университет. В 1885 году Герц стал профессором Университет Карлсруэ.

В 1886 году Герц женился на Элизабет Долл, дочери Макса Долля, преподавателя геометрии в Карлсруэ. У них было две дочери: Джоанна, родившаяся 20 октября 1887 г., и Матильда родился 14 января 1891 года, впоследствии стал известным биологом. В это время Герц провел свое знаменательное исследование электромагнитных волн.

Герц занял должность профессора физики и директора Физического института в г. Бонн 3 апреля 1889 года этот пост он занимал до своей смерти. В это время он работал над теоретической механикой, его работы опубликованы в книге. Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (Принципы механики в новой форме), опубликованный посмертно в 1894 году.

Смерть

В 1892 году у Герца была диагностирована инфекция (после приступа тяжелой мигрень ) и перенесла операции по лечению болезни. Он умер после хирургических осложнений в попытке исправить его состояние, которое вызывало эти мигрени, которые некоторые считают злокачественным состоянием костей.[5] Он умер в возрасте 36 лет в Бонн, Германия в 1894 г. и был похоронен в Ольсдорфское кладбище в Гамбурге.[6][7][8]

Жена Герца, Элизабет Герц, урожденная Долл (1864–1941), больше не вышла замуж. Герц оставил двух дочерей, Йоханну (1887–1967) и Матильда (1891–1975). Дочери Герца никогда не выходили замуж, и у него нет потомков.[9]

Научная работа

Электромагнитные волны

Аппарат Герца 1887 года для генерации и обнаружения радиоволн: искровой передатчик (оставили) состоящий из дипольная антенна с искровым разрядником (S) питается импульсами высокого напряжения от Катушка Румкорфа (Т), и приемник (верно) состоящий из рамочной антенны и разрядника.
Один из радиоприемников Герца: рамочная антенна с регулируемой микрометрический разрядник (Нижний).[10]

В 1864 г. шотландский физик-математик Джеймс Клерк Максвелл предложил всеобъемлющую теорию электромагнетизма, теперь называемую Уравнения Максвелла. Теория Максвелла предсказала, что электрический и магнитные поля мог путешествовать в космосе как "электромагнитная волна Максвелл предположил, что свет состоит из электромагнитных волн с короткой длиной волны, но никто не смог ни доказать это, ни сгенерировать, ни обнаружить электромагнитные волны с другой длиной волны.

Во время исследований Герца в 1879 году Гельмгольц предложил, чтобы докторская диссертация Герца была посвящена проверке теории Максвелла. Гельмгольц также предложил проблему "Берлинской премии" в том году на Прусская Академия Наук для всех, кто может экспериментально доказать электромагнитный эффект в поляризации и деполяризации изоляторы, что-то предсказанное теорией Максвелла.[11][12] Гельмгольц был уверен, что Герц был наиболее вероятным кандидатом на его победу.[12] Не видя возможности создать прибор для экспериментальной проверки этого, Герц решил, что это слишком сложно, и продолжил работу. электромагнитная индукция вместо. Герц действительно провел анализ уравнений Максвелла во время его пребывания в Киле, показав, что они действительно имели большую ценность, чем распространенные тогда »действие на расстоянии "теории.[13]

После того, как Герц получил звание профессора в Карлсруэ, он экспериментировал с парой Спирали рисса осенью 1886 г., когда он заметил, что разрядка лейденская банка в одной из этих катушек возникнет искра в другой катушке. Имея представление о том, как построить прибор, Герц теперь имел возможность приступить к решению проблемы «Берлинской премии» 1879 года по доказательству теории Максвелла (хотя фактическая премия истекла и не была получена в 1882 году).[14][15] Он использовал Катушка Румкорфа -приводной разрядник и пара метровых проводов в качестве радиатора. Сферы емкости присутствовали на концах для регулировки резонанса контура. Его приемник был рамочная антенна с микрометрический разрядник между элементами. Этот эксперимент произвел и получил то, что сейчас называется радиоволны в очень высокая частота классифицировать.

Первый радиопередатчик Герца: емкость нагружена дипольный резонатор состоит из пары медных проводов длиной один метр с разрядником 7,5 мм между ними, оканчивающихся цинковыми сферами диаметром 30 см.[10] Когда индукционная катушка приложили высокое напряжение между двумя сторонами, в искровом промежутке образовались искры. стоячие волны радиочастотного тока в проводах, излучающего радиоволны. В частота Частота волн составляла примерно 50 МГц, примерно столько же, сколько используется в современных телевизионных передатчиках.

Между 1886 и 1889 годами Герц провел серию экспериментов, которые докажут, что наблюдаемые им эффекты являются результатом предсказанных Максвеллом электромагнитных волн. Начиная с ноября 1887 года со своей статьи «Об электромагнитных эффектах, вызываемых электрическими возмущениями в изоляторах», Герц отправлял Гельмгольцу в Берлинскую академию серию статей, в том числе статьи 1888 года, в которых было показано поперечное свободное место электромагнитные волны путешествовать с конечной скоростью на расстояние.[15][16] В аппарате Герца, электрическое и магнитное поля излучались бы от проводов как поперечные волны. Герц позиционировал осциллятор около 12 метров от цинк отражающая пластина для изготовления стоячие волны. Каждая волна была около 4 метров в длину.[нужна цитата ] Используя детектор колец, он записал, как волна величина и направление компонентов менялось. Герц измерил волны Максвелла и продемонстрировал, что скорость этих волн была равна скорости света. В напряженность электрического поля, поляризация и отражение волн были также измерены Герцем. Эти эксперименты установили, что свет и эти волны были формой электромагнитного излучения, подчиняющегося уравнениям Максвелла.

Направленный искровой передатчик Герца (центр), а полуволновой диполь антенна из двух латунных стержней диаметром 13 см с искровым разрядником в центре (слева крупным планом) питание от Катушка Румкорфа на фокальной линии цилиндрического листового металла размером 1,2 м x 2 м параболический отражатель.[17] Он излучал пучок 66-сантиметровых волн с частотой около 450 МГц. Приемник (верно) аналогична параболической дипольной антенне с микрометрический разрядник.
Демонстрация Герца поляризация радиоволн: приемник не отвечает, когда антенны перпендикулярны, как показано, но по мере вращения приемника принимаемый сигнал становится сильнее (как показано длиной искр), пока не достигнет максимума, когда диполи параллельны.[17]
Еще одна демонстрация поляризации: волны проходят через поляризационный фильтр к приемнику только тогда, когда провода перпендикулярны диполям. (А), а не когда параллельно (В).[17]
Демонстрация преломление: радиоволны изгибаются при прохождении через призма сделано из подача, подобно световым волнам при прохождении через стеклянную призму.[17]
Сюжет Герца о стоячие волны создается, когда радиоволны отражаются от листа металла

Герц не осознавал практического значения своего радиоволна эксперименты. Он заявил, что[18][19][20]

"Это бесполезно[...] это всего лишь эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав - у нас просто есть таинственные электромагнитные волны, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом. Но они есть."

На вопрос о применении его открытий Герц ответил:[18][21]

"Ничего, я думаю."

Доказательство Герцем существования электромагнитных волн в воздухе привело к взрыву экспериментов с этой новой формой электромагнитного излучения, которую до 1910 года называли «волнами Герца», когда появился термин «радиоволны "стало актуальным. В течение 10 лет такие исследователи, как Оливер Лодж, Фердинанд Браун, и Гульельмо Маркони использовали радиоволны в первом беспроводной телеграф радиосвязь системы, ведущие к радиовещание, а позже и телевидение. В 1909 году Браун и Маркони получили Нобелевскую премию по физике за «вклад в развитие беспроводного телеграфирования».[22] Сегодня радио является важной технологией в глобальных телекоммуникационных сетях и средой передачи, лежащей в основе современных беспроводных устройств."Генрих Герц". Получено 3 февраля 2020.[23]

Катодные лучи

В 1892 году Герц начал эксперименты и продемонстрировал, что катодные лучи может проникнуть сквозь очень тонкую металлическую фольгу (например, алюминиевую). Филипп Ленард, ученик Генриха Герца, исследовал это дальше »эффект луча Он разработал версию катодной трубки и изучил проникновение рентгеновских лучей в различные материалы. Филипп Ленард, однако, не осознавал, что он производит рентгеновские лучи. Герман фон Гельмгольц сформулировал математические уравнения для рентгеновских лучей. постулировал теорию дисперсии перед Рентген сделал свое открытие и объявление. Он был сформирован на основе электромагнитной теории света (Аннален Видмана, Vol. XLVIII). Однако он не работал с настоящими рентгеновскими лучами.

Фотоэлектрический эффект

Hertz помог установить фотоэлектрический эффект (что позже было объяснено Альберт Эйнштейн ) когда он заметил, что заряжен объект теряет заряд быстрее при освещении ультрафиолетовая радиация (УФ). В 1887 году он провел наблюдения фотоэлектрического эффекта, а также генерации и приема электромагнитных (ЭМ) волн, опубликованные в журнале. Annalen der Physik. Его приемник состоял из катушки с разрядник, в результате чего при обнаружении электромагнитных волн будет видна искра. Он поместил аппарат в затемненный ящик, чтобы лучше видеть искру. Он заметил, что максимальная длина искры в ящике уменьшилась. Стеклянная панель, помещенная между источником электромагнитных волн и приемником, поглощала УФ-излучение, что помогало электроны в прыжках через пропасть. При удалении длина искры увеличится. Он не заметил уменьшения длины искры, когда заменил стекло кварцем, поскольку кварц не поглощает УФ-излучение. Герц завершил месяцы своего расследования и сообщил о полученных результатах. Он не проводил дальнейших исследований этого эффекта и не пытался объяснить, как возникло наблюдаемое явление.

Контактная механика

Мемориал Генриха Герца на территории кампуса Карлсруэ технологический институт, что переводится как На этом месте Генрих Герц обнаружил электромагнитные волны в 1885–1889 годах.
Основная статья: Контактная механика

В 1886–1889 годах Герц опубликовал две статьи о том, что впоследствии стало известно как область контактная механика, который оказался важной основой для более поздних теорий в этой области. Жозеф Валентин Буссинеск опубликовал несколько критически важных наблюдений над работой Герца, тем не менее установив, что эта работа по механике контакта имеет огромное значение. Его работа в основном резюмирует, как два осесимметричный объекты, помещенные в контакт, будут вести себя под загрузка, он получил результаты, основанные на классической теории эластичность и механика сплошной среды. Самым значительным провалом его теории было пренебрежение любой природой адгезия между двумя твердыми телами, что оказывается важным, поскольку материалы, из которых состоят твердые тела, начинают приобретать высокую эластичность. В то время было естественным пренебречь адгезией, поскольку экспериментальных методов ее проверки не существовало.

Для развития своей теории Герц использовал свое наблюдение эллиптических Кольца Ньютона формируется при размещении стеклянной сферы на линзе в качестве основы предположения, что давление, оказываемое сферой, следует за эллиптическое распределение. Он снова использовал образование колец Ньютона, подтверждая свою теорию экспериментами по вычислению смещение который сфера имеет в линзе. К. Л. Джонсон, К. Кендалл и А. Д. Робертс (JKR) использовали эту теорию в качестве основы при вычислении теоретического смещения или глубина вдавливания при наличии адгезии в 1971 г.[24] Теория Герца восстанавливается из их формулировки, если адгезия материалов предполагается равной нулю. Подобно этой теории, но с использованием других предположений, Б. В. Дерягин В. М. Мюллер и Ю. П. Топоров опубликовали в 1975 году другую теорию, которая стала известна в научном сообществе как теория ДМТ, которая также восстановила формулировки Герца в предположении нулевой адгезии. Эта теория ДМТ оказалась довольно преждевременной и нуждалась в нескольких пересмотрах, прежде чем ее приняли в качестве еще одной теории материального контакта в дополнение к теории JKR. Теории DMT и JKR составляют основу контактной механики, на которой основаны все модели переходных контактов, которые используются для прогнозирования параметров материала в наноиндентирование и атомно-силовая микроскопия. Таким образом, исследования Герца, проводившиеся с его дней в качестве лектора, предшествовавшие его великой работе по электромагнетизму, которую он сам с присущей ему трезвостью считал тривиальной, дошли до эпохи нанотехнологии.

Герц также описал "Конус Герца ", тип режим разрушения в хрупких твердых телах из-за передачи волн напряжения.

Метеорология

Герц всегда очень интересовался метеорология, вероятно, происходило из его контактов с Вильгельм фон Бецольд (который был его профессором на лабораторных курсах в Мюнхенском политехническом университете летом 1878 г.). Как помощник Гельмгольца в Берлин, он написал несколько небольших статей в этой области, включая исследования по испарение жидкостей, новый вид гигрометр, а также графические средства определения свойств влажного воздуха при воздействии адиабатический изменения.[25]

Нацистское преследование

Генрих Герц был лютеранином на протяжении всей своей жизни и не считал бы себя евреем, поскольку вся семья его отца обратилась в лютеранство.[26] когда его отец был еще в детстве (ему было семь лет) в 1834 году.[27]

Тем не менее, когда Нацистский режим пришел к власти спустя десятилетия после смерти Герца, его портрет был снят ими с его видного почетного положения в Мэрия Гамбурга (Ратуша) из-за его частично еврейского этнического происхождения. (Картина была возвращена для всеобщего обозрения.[28])

Вдова и дочери Герца покинули Германию в 1930-х годах и уехали в Англию.

Наследие и почести

Генрих Герц

Племянник Генриха Герца Густав Людвиг Герц был лауреатом Нобелевской премии, а сын Густава Карл Гельмут Герц изобрел медицинское УЗИ. Его дочь Матильда Кармен Герц был известным биологом и сравнительным психологом. Внучатый племянник Герца Герман Герхард Герц, профессор Университет Карлсруэ, был пионером ЯМР-спектроскопии и в 1995 г. опубликовал лабораторные заметки Герца.[29]

Единица СИ герц (Hz) был установлен в его честь Международная электротехническая комиссия в 1930 году для частота, выражение количества повторений события в секунду. Он был принят CGPM (Conférence générale des poids et mesures) в 1960 году, официально заменив предыдущее название "циклов в секунду "(cps).

В 1928 г. Институт Генриха-Герца по исследованию колебаний была основана в Берлине. Сегодня известен как Институт телекоммуникаций им. Фраунгофера, Институт Генриха Герца, HHI.

В 1969 г. Восточная Германия, мемориальная медаль Генриха Герца[30] был брошен. В IEEE Медаль Генриха Герца, учрежденная в 1987 г., является "за выдающиеся достижения на волнах Герца [...] ежегодно предоставляется человеку за достижения, которые носят теоретический или экспериментальный характер".

В 1980 году в Италии в районе Cinecittà Est в Риме была основана средняя школа под названием «Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz».

А кратер что лежит на дальняя сторона из Луна, сразу за восточным лимбом, находится названный в его честь. Рынок радиоэлектроники Hertz в Нижний Новгород, Россия, названа в его честь. В Генрих-Герц-Турм Башня радиосвязи в Гамбурге названа в честь знаменитого сына города.

Япония удостоена чести Hertz членством в Орден Священного Сокровища, который имеет несколько уровней чести для выдающихся людей, включая ученых.[31]

Генрих Герц был удостоен чести ряда стран по всему миру в их почтовых выпусках, а после Второй мировой войны также появлялся на различных выпусках немецких марок.

В день его рождения в 2012 году Google наградил Герца знаком Google каракули, вдохновленный работой его жизни, на своей домашней странице.[32][33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Креч, Ева-Мария; Сток, Эберхард; Хиршфельд, Урсула; Андерс, Лутц Кристиан (2009). Deutsches Aussprachewörterbuch [Словарь немецкого произношения] (на немецком). Берлин: Вальтер де Грюйтер. С. 575, 580. ISBN  978-3-11-018202-6.
  2. ^ Дуденредактион; Кляйнер, Стефан; Knöbl, Ralf (2015) [Впервые опубликовано в 1962 году]. Das Aussprachewörterbuch [Словарь произношения] (на немецком языке) (7-е изд.). Берлин: Dudenverlag. п. 440. ISBN  978-3-411-04067-4.
  3. ^ История МЭК. Iec.ch.
  4. ^ «Биография: Генрих Рудольф Герц». Архив истории математики MacTutor. Получено 2 февраля 2013.
  5. ^ Робертсон, О'Коннор. "Генрих Рудольф Герц". MacTutor. Университет Сент-Эндрюс, Шотландия. Получено 20 октября 2020.
  6. ^ Hamburger Friedhöfe »Ольсдорф» Проминенте. Friedhof-hamburg.de. Проверено 22 августа 2014.
  7. ^ План Ольсдорф-Фридхоф (карта Ольсдорфского кладбища). friedhof-hamburg.de.
  8. ^ Институт IEEE, Вы знали? Исторические «факты», которые не соответствуют действительности В архиве 10 января 2014 г. Wayback Machine
  9. ^ Сасскинд, Чарльз. (1995). Генрих Герц: короткая жизнь. Сан-Франциско: San Francisco Press. ISBN  0-911302-74-3
  10. ^ а б Appleyard, Ролло (октябрь 1927 г.). «Пионеры электросвязи часть 5 - Генрих Рудольф Герц» (PDF). Электрическая связь. Нью-Йорк: International Standard Electric Corp. 6 (2): 63–77. Получено 19 декабря 2015.Два показанных изображения - стр. 66, рис. 3 и стр. 70 рис. 9
  11. ^ Генрих Герц. nndb.com. Проверено 22 августа 2014.
  12. ^ а б Бэрд, Дэвис, Хьюз, R.I.G. и Nordmann, Alfred eds. (1998). Генрих Герц: классический физик, современный философ. Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  0-7923-4653-X. п. 49
  13. ^ Хейлброн, Джон Л. (2005) Оксфордское руководство по истории физики и астрономии. Издательство Оксфордского университета. ISBN  0195171985. п. 148
  14. ^ Бэрд, Дэвис, Хьюз, R.I.G. и Nordmann, Alfred eds. (1998). Генрих Герц: классический физик, современный философ. Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  0-7923-4653-X. п. 53
  15. ^ а б Хурдеман, Антон А. (2003) Всемирная история телекоммуникаций. Вайли. ISBN  0471205052. п. 202
  16. ^ «Самые важные эксперименты - самые важные эксперименты и их публикация между 1886 и 1889 годами». Институт Фраунгофера Генриха Герца. Получено 19 февраля 2016.
  17. ^ а б c d Пирс, Джордж Вашингтон (1910). Принципы беспроводной телеграфии. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co., стр. 51–55.
  18. ^ а б "Генрих Рудольф Герц". История. Институт химии Еврейского унив. веб-сайта Иерусалима. 2004. Архивировано 25 сентября 2009 года.. Получено 6 марта 2018.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  19. ^ Капри, Антон З. (2007) Колкости, цитаты и кванты: анекдотическая история физики. World Scientific. ISBN  9812709207. С. 93.
  20. ^ Нортон, Эндрю (2000). Динамические поля и волны. CRC Press. п. 83. ISBN  0750307196.
  21. ^ Генрих Герц (1893). Электрические волны: исследование распространения электрического воздействия с конечной скоростью в пространстве. Dover Publications. ISBN  1-4297-4036-1.
  22. ^ "Нобелевская премия по физике 1909 г.". Нобелевский фонд. Получено 18 января 2019.
  23. ^ "Как работает радио". Как это работает. 7 декабря 2000 г.. Получено 14 марта 2019.
  24. ^ Johnson, K. L .; Kendall, K .; Робертс, А. Д. (1971). «Поверхностная энергия и контакт упругих тел» (PDF). Труды Королевского общества А. 324 (1558): 301–313. Bibcode:1971RSPSA.324..301J. Дои:10.1098 / rspa.1971.0141.
  25. ^ Mulligan, J. F .; Герц, Х. Г. (1997). Неопубликованная лекция Генриха Герца: «Об энергетическом балансе Земли.". Американский журнал физики. 65: 36–45. Bibcode:1997AmJPh..65 ... 36M. Дои:10.1119/1.18565.
  26. ^ Кертге, Норетта. (2007). Словарь научной биографии. Нью-Йорк: Томсон-Гейл. ISBN  0-684-31320-0. Vol. 6, стр. 340.
  27. ^ Вольф, Стефан Л. (04.01.2008) Juden wide Willen - Wie es den Nachkommen des Physikers Heinrich Hertz im NS-Wissenschaftsbetrieb erging. Jüdische Allgemeine.
  28. ^ Робертсон, Струан II. Здания, неотъемлемые от прежней жизни и / или преследований евреев в Гамбурге - Eimsbüttel / Rotherbaum I. uni-hamburg.de
  29. ^ Hertz, H.G .; Дончел, М. (1995). «Лабораторные записи Генриха Герца 1887 года». Архив истории точных наук. 49 (3): 197–270. Дои:10.1007 / bf00376092.
  30. ^ Генрих Рудольф Герц В архиве 3 июня 2013 г. Wayback Machine. Highfields-arc.co.uk. Проверено 22 августа 2014.
  31. ^ L'Harmattan: Список получателей Японского Ордена Священного Сокровища (на французском языке)
  32. ^ Альбанезиус, Хлоя (22 февраля 2012 г.). "Google Doodle награждает Генриха Герца, пионера электромагнитных волн". Журнал ПК. Получено 22 февраля 2012.
  33. ^ 155 лет со дня рождения Генриха Рудольфа Герца. Google (22 февраля 2012 г.). Проверено 22 августа 2014.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка