Heinrich Hertz
gigatos | novembre 11, 2021
Résumé
Heinrich Rudolf Hertz (22 février 1857 – 1er janvier 1894) est un physicien allemand qui a été le premier à prouver de manière concluante l »existence des ondes électromagnétiques prédites par les équations de l »électromagnétisme de James Clerk Maxwell. L »unité de fréquence, le cycle par seconde, a été baptisée « hertz » en son honneur.
Pendant ses études à la Gelehrtenschule des Johanneums de Hambourg, Hertz montre une aptitude pour les sciences ainsi que pour les langues, apprenant l »arabe et le sanskrit. Il étudie les sciences et l »ingénierie dans les villes allemandes de Dresde, Munich et Berlin, où il a pour professeurs Gustav R. Kirchhoff et Hermann von Helmholtz. En 1880, Hertz obtient son doctorat de l »université de Berlin, et pendant les trois années suivantes, il reste pour des études post-doctorales auprès de Helmholtz, en tant qu »assistant. En 1883, Hertz prend un poste de maître de conférences en physique théorique à l »université de Kiel. En 1885, Hertz devient professeur titulaire à l »université de Karlsruhe.
En 1886, Hertz épouse Elisabeth Doll, la fille de Max Doll, professeur de géométrie à Karlsruhe. Ils ont eu deux filles : Johanna, née le 20 octobre 1887 et Mathilde, née le 14 janvier 1891, qui deviendra par la suite une biologiste renommée. C »est à cette époque que Hertz mène ses recherches historiques sur les ondes électromagnétiques.
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Décès
En 1892, on diagnostique chez Hertz une infection (après une crise de migraines sévères) et il subit des opérations pour traiter la maladie. Il est décédé à la suite de complications lors d »une intervention chirurgicale visant à soigner l »affection à l »origine de ces migraines, que certains considèrent comme une affection osseuse maligne. Il est mort à l »âge de 36 ans à Bonn, en Allemagne, en 1894, et a été enterré au cimetière d »Ohlsdorf à Hambourg.
L »épouse de Hertz, Elisabeth Hertz (1864-1941), ne s »est pas remariée. Hertz a laissé deux filles, Johanna (1887-1967) et Mathilde (1891-1975). Les filles de Hertz ne se sont jamais mariées, et il n »a pas de descendance.
Entre 1886 et 1889, Hertz a mené une série d »expériences qui prouveraient que les effets qu »il observait étaient le résultat des ondes électromagnétiques prédites par Maxwell. À partir de novembre 1887, avec son article « On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators », Hertz envoie une série d »articles à Helmholtz, à l »Académie de Berlin, y compris des articles en 1888 qui montrent des ondes électromagnétiques transversales en espace libre se déplaçant à une vitesse finie sur une certaine distance. Dans l »appareil utilisé par Hertz, les champs électriques et magnétiques rayonnent à partir des fils sous forme d »ondes transversales. Hertz avait placé l »oscillateur à environ 12 mètres d »une plaque réfléchissante en zinc pour produire des ondes stationnaires. Chaque onde mesurait environ 4 mètres de long. À l »aide du détecteur à anneau, il a enregistré la variation de la magnitude et de la direction de la composante de l »onde. Hertz a mesuré les ondes de Maxwell et a démontré que la vitesse de ces ondes était égale à la vitesse de la lumière. L »intensité du champ électrique, la polarisation et la réflexion des ondes ont également été mesurées par Hertz. Ces expériences ont établi que la lumière et ces ondes étaient toutes deux une forme de rayonnement électromagnétique obéissant aux équations de Maxwell. Hertz n »a peut-être pas été le premier à découvrir le phénomène des ondes radio – David Edward Hughes a peut-être détecté leur existence neuf ans plus tôt mais n »a pas publié ses conclusions.
Hertz ne réalisait pas l »importance pratique de ses expériences sur les ondes radio. Il a déclaré que,
Interrogé sur les applications de ses découvertes, Hertz a répondu,
La preuve par Hertz de l »existence d »ondes électromagnétiques aériennes a conduit à une explosion d »expérimentations sur cette nouvelle forme de rayonnement électromagnétique, qui a été appelée « ondes hertziennes » jusqu »à ce que, vers 1910, le terme « ondes radio » devienne courant. En l »espace de dix ans, des chercheurs comme Oliver Lodge, Ferdinand Braun et Guglielmo Marconi ont utilisé les ondes radio dans les premiers systèmes de communication par télégraphie sans fil, ce qui a conduit à la radiodiffusion, puis à la télévision. En 1909, Braun et Marconi ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs « contributions au développement de la télégraphie sans fil ». Aujourd »hui, la radio est une technologie essentielle dans les réseaux de télécommunication mondiaux, et le moyen de transmission qui sous-tend les dispositifs sans fil modernes.
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Rayons cathodiques
En 1892, Hertz a commencé à faire des expériences et a démontré que les rayons cathodiques pouvaient pénétrer une feuille de métal très fine (comme l »aluminium). Philipp Lenard, un élève de Heinrich Hertz, a poursuivi ses recherches sur cet « effet de rayon ». Il a développé une version du tube cathodique et a étudié la pénétration des rayons X dans divers matériaux. Cependant, Lenard ne se rendait pas compte qu »il produisait des rayons X. Hermann von Helmholtz a formulé des équations mathématiques pour les rayons X. Il a postulé une théorie de la dispersion avant même que l »on ait pu constater que la théorie de la dispersion n »ait été appliquée. Il a postulé une théorie de la dispersion avant que Röntgen ne fasse sa découverte et son annonce. Elle était formée sur la base de la théorie électromagnétique de la lumière (Wiedmann »s Annalen, Vol. XLVIII). Cependant, il n »a pas travaillé avec des rayons X réels.
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Mécanique des contacts
En 1886-1889, Hertz a publié deux articles sur ce qui allait devenir le domaine de la mécanique de contact, qui se sont avérés être une base importante pour les théories ultérieures dans ce domaine. Joseph Valentin Boussinesq a publié quelques observations critiques sur le travail de Hertz, établissant néanmoins que ce travail sur la mécanique du contact était d »une immense importance. Ses travaux résument essentiellement le comportement de deux objets axisymétriques placés en contact sous l »effet d »une charge. Il a obtenu des résultats basés sur la théorie classique de l »élasticité et de la mécanique du continuum. Le défaut le plus significatif de sa théorie était la négligence de toute nature d »adhérence entre les deux solides, ce qui s »avère important lorsque les matériaux composant les solides commencent à prendre une grande élasticité. Il était toutefois naturel de négliger l »adhésion à l »époque, car il n »existait aucune méthode expérimentale pour la tester.
Pour développer sa théorie, Hertz a utilisé son observation des anneaux de Newton elliptiques formés en plaçant une sphère de verre sur une lentille comme base pour supposer que la pression exercée par la sphère suit une distribution elliptique. Il a utilisé à nouveau la formation des anneaux de Newton tout en validant sa théorie par des expériences pour calculer le déplacement de la sphère dans la lentille. Kenneth L. Johnson, K. Kendall et A. D. Roberts (JKR) ont utilisé cette théorie comme base pour calculer le déplacement théorique ou la profondeur d »indentation en présence d »adhérence en 1971. La théorie de Hertz est récupérée de leur formulation si l »adhésion des matériaux est supposée être nulle. Similaire à cette théorie, mais en utilisant des hypothèses différentes, B. V. Derjaguin, V. M. Muller et Y. P. Toporov ont publié une autre théorie en 1975, connue sous le nom de théorie DMT dans la communauté des chercheurs, qui récupère également les formulations de Hertz en supposant une adhésion nulle. Cette théorie DMT s »est avérée prématurée et a nécessité plusieurs révisions avant d »être acceptée comme une autre théorie de contact matériel en plus de la théorie JKR. Les théories DMT et JKR constituent toutes deux la base de la mécanique du contact sur laquelle reposent tous les modèles de contact de transition et qui sont utilisés pour la prédiction des paramètres des matériaux en nanoindentation et en microscopie à force atomique. Ces modèles sont essentiels au domaine de la tribologie et Duncan Dowson l »a désigné comme l »un des 23 « hommes de la tribologie ». Les recherches menées par Hertz depuis l »époque où il était conférencier, qui ont précédé ses grands travaux sur l »électromagnétisme, qu »il considérait lui-même, avec la sobriété qui le caractérise, comme triviaux, ont facilité l »avènement de la nanotechnologie.
Hertz a également décrit le « cône hertzien », un type de mode de fracture dans les solides fragiles causé par la transmission d »ondes de contrainte.
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Météorologie
Hertz a toujours eu un intérêt profond pour la météorologie, probablement dû à ses contacts avec Wilhelm von Bezold (qui était son professeur dans un cours de laboratoire à l »école polytechnique de Munich pendant l »été 1878). En tant qu »assistant de Helmholtz à Berlin, il a contribué à quelques articles mineurs dans ce domaine, notamment des recherches sur l »évaporation des liquides, un nouveau type d »hygromètre et un moyen graphique de déterminer les propriétés de l »air humide lorsqu »il est soumis à des changements adiabatiques.
Néanmoins, lorsque le régime nazi a pris le pouvoir plusieurs dizaines d »années après la mort de Hertz, ses responsables ont retiré son portrait de la place d »honneur qu »il occupait dans l »hôtel de ville de Hambourg (Rathaus) en raison de son ascendance partiellement juive. (Le tableau a depuis été rendu à l »exposition publique).
La veuve et les filles de Hertz ont quitté l »Allemagne dans les années 30 et se sont installées en Angleterre.
L »unité SI hertz (Hz) a été créée en son honneur par la Commission électrotechnique internationale en 1930 pour la fréquence, expression du nombre de fois qu »un événement répété se produit par seconde. Elle a été adoptée par la CGPM (Conférence générale des poids et mesures) en 1960, remplaçant officiellement la dénomination précédente, « cycles par seconde » (cps).
En 1980, en Italie, une école secondaire appelée « Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz » a été fondée dans le quartier de Cinecittà Est, à Rome.
Un cratère qui se trouve sur la face cachée de la Lune, juste derrière le limbe oriental, est nommé en son honneur. Le marché Hertz pour les produits radioélectroniques à Nijni Novgorod, en Russie, porte son nom. La tour de radiotélécommunications Heinrich-Hertz-Turm à Hambourg porte le nom du célèbre fils de la ville.
Hertz est honoré par le Japon en devenant membre de l »ordre du Trésor sacré, qui compte plusieurs niveaux d »honneur pour les personnes éminentes, y compris les scientifiques.
Heinrich Hertz a été honoré par un certain nombre de pays du monde entier dans leurs émissions postales et, après la Seconde Guerre mondiale, il est apparu sur diverses émissions de timbres allemands.
À l »occasion de son anniversaire en 2012, Google a honoré Hertz en plaçant sur sa page d »accueil un Google doodle inspiré de l »œuvre de sa vie.
Sources
