Heinrich Hertz
gigatos | ianuarie 26, 2022
Rezumat
Heinrich Rudolf Hertz (germană: 22 februarie 1857 – 1 ianuarie 1894) a fost un fizician german care a demonstrat pentru prima dată în mod concludent existența undelor electromagnetice prezise de ecuațiile electromagnetismului lui James Clerk Maxwell. Unitatea de măsură a frecvenței, ciclul pe secundă, a fost numită „hertz” în onoarea sa.
Heinrich Rudolf Hertz s-a născut în 1857 la Hamburg, pe atunci un stat suveran al Confederației Germane, într-o familie hanseatică prosperă și cultivată. Tatăl său a fost Gustav Ferdinand Hertz. Mama sa a fost Anna Elisabeth Pfefferkorn.
În timp ce studia la Gelehrtenschule des Johanneums din Hamburg, Hertz a arătat o aptitudine pentru științe, dar și pentru limbi străine, învățând arabă și sanscrită. A studiat științele și ingineria în orașele germane Dresda, München și Berlin, unde a studiat cu Gustav R. Kirchhoff și Hermann von Helmholtz. În 1880, Hertz și-a obținut doctoratul la Universitatea din Berlin, iar în următorii trei ani a rămas pentru studii postdoctorale la Helmholtz, fiind asistentul acestuia. În 1883, Hertz a acceptat un post de lector de fizică teoretică la Universitatea din Kiel. În 1885, Hertz a devenit profesor titular la Universitatea din Karlsruhe.
În 1886, Hertz s-a căsătorit cu Elisabeth Doll, fiica lui Max Doll, profesor de geometrie la Karlsruhe. Au avut două fiice: Johanna, născută la 20 octombrie 1887, și Mathilde, născută la 14 ianuarie 1891, care a devenit un biolog remarcabil. În această perioadă, Hertz a efectuat cercetări de referință în domeniul undelor electromagnetice.
La 3 aprilie 1889, Hertz a preluat postul de profesor de fizică și director al Institutului de Fizică din Bonn, post pe care l-a ocupat până la moartea sa. În această perioadă a lucrat la mecanica teoretică, lucrările sale fiind publicate în cartea Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (Principiile mecanicii prezentate într-o formă nouă), publicată postum în 1894.
Citește și, istorie – Calendarul gregorian
Moartea
În 1892, Hertz a fost diagnosticat cu o infecție (după o criză de migrene severe) și a fost supus unor operații pentru a trata boala. El a murit în urma unor complicații în timpul operațiilor în încercarea de a remedia afecțiunea care îi provoca aceste migrene, pe care unii o consideră a fi fost o afecțiune osoasă malignă. A murit la vârsta de 36 de ani în Bonn, Germania, în 1894, și a fost înmormântat în cimitirul Ohlsdorf din Hamburg.
Soția lui Hertz, Elisabeth Hertz (1864-1941), nu s-a recăsătorit. Hertz a lăsat două fiice, Johanna (1887-1967) și Mathilde (1891-1975). Fiicele lui Hertz nu s-au căsătorit niciodată, iar el nu are urmași.
Citește și, biografii – Ludovic al XVIII-lea al Franței
Undele electromagnetice
În 1864, fizicianul matematician scoțian James Clerk Maxwell a propus o teorie cuprinzătoare a electromagnetismului, numită în prezent ecuațiile lui Maxwell. Teoria lui Maxwell a prezis că câmpurile electrice și magnetice cuplate ar putea călători prin spațiu sub forma unei „unde electromagnetice”. Maxwell a propus ca lumina să fie formată din unde electromagnetice de lungime de undă scurtă, dar nimeni nu a reușit să demonstreze acest lucru, să genereze sau să detecteze unde electromagnetice de alte lungimi de undă.
În timpul studiilor lui Hertz, în 1879, Helmholtz a sugerat ca teza de doctorat a lui Hertz să se refere la testarea teoriei lui Maxwell. De asemenea, Helmholtz propusese în acel an, în cadrul Academiei Prusace de Științe, problema „Premiului Berlin” pentru oricine ar putea dovedi experimental un efect electromagnetic în polarizarea și depolarizarea izolatorilor, lucru prezis de teoria lui Maxwell. Helmholtz era sigur că Hertz era candidatul cu cele mai mari șanse de a-l câștiga. Nevăzând nicio modalitate de a construi un aparat pentru a testa experimental acest lucru, Hertz a considerat că este prea dificil și a lucrat în schimb la inducția electromagnetică. Hertz a realizat o analiză a ecuațiilor lui Maxwell în timpul perioadei petrecute la Kiel, demonstrând că acestea aveau mai multă validitate decât teoriile „acțiunii la distanță”, care prevalau pe atunci.
După ce Hertz a primit catedra de profesor la Karlsruhe, în toamna anului 1886, în timp ce făcea experimente cu o pereche de spirale Riess, a observat că descărcarea unui borcan Leyden în una dintre aceste bobine producea o scânteie în cealaltă. Având o idee despre cum să construiască un aparat, Hertz avea acum o modalitate de a continua cu problema „Premiului Berlin” din 1879 privind demonstrarea teoriei lui Maxwell (deși premiul propriu-zis a expirat fără a fi încasat în 1882). El a folosit ca radiator o antenă dipolară formată din două fire coliniare de un metru, cu un spațiu de scânteie între capetele lor interioare și sfere de zinc atașate la capetele exterioare pentru capacitate. Antena a fost excitată prin impulsuri de înaltă tensiune de aproximativ 30 de kilovolți aplicate între cele două părți de o bobină Ruhmkorff. El a recepționat undele cu o antenă rezonantă cu o singură buclă, cu un spațiu de scânteie de un micrometru între capete. Acest experiment a produs și a recepționat ceea ce astăzi se numește unde radio în domeniul frecvențelor foarte înalte.
Între 1886 și 1889, Hertz a efectuat o serie de experimente care aveau să demonstreze că efectele pe care le observa erau rezultatul undelor electromagnetice prezise de Maxwell. Începând din noiembrie 1887 cu lucrarea sa „On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators”, Hertz a trimis o serie de lucrări lui Helmholtz la Academia din Berlin, inclusiv lucrări din 1888 care arătau unde electromagnetice transversale în spațiul liber care se deplasau cu o viteză finită pe o distanță. În aparatul folosit de Hertz, câmpurile electrice și magnetice radiau departe de fire sub formă de unde transversale. Hertz a poziționat oscilatorul la aproximativ 12 metri de o placă reflectorizantă din zinc pentru a produce unde staționare. Fiecare undă avea o lungime de aproximativ 4 metri. Cu ajutorul detectorului inelar, el a înregistrat modul în care variau magnitudinea undei și direcția componentei. Hertz a măsurat undele lui Maxwell și a demonstrat că viteza acestor unde era egală cu viteza luminii. Intensitatea câmpului electric, polarizarea și reflexia undelor au fost, de asemenea, măsurate de Hertz. Aceste experimente au stabilit că atât lumina, cât și aceste unde erau o formă de radiație electromagnetică care se supune ecuațiilor lui Maxwell. Este posibil ca Hertz să nu fi fost primul care a întâlnit fenomenul undelor radio – David Edward Hughes ar fi detectat existența acestora cu nouă ani mai devreme, dar nu și-a publicat rezultatele.
Hertz nu și-a dat seama de importanța practică a experimentelor sale cu unde radio. El a declarat că,
Întrebat despre aplicațiile descoperirilor sale, Hertz a răspuns,
Dovada lui Hertz a existenței undelor electromagnetice din aer a dus la o explozie de experimente cu această nouă formă de radiație electromagnetică, care a fost numită „unde hertziene” până în jurul anului 1910, când termenul „unde radio” a devenit curent. În decurs de 10 ani, cercetători precum Oliver Lodge, Ferdinand Braun și Guglielmo Marconi au utilizat undele radio în primele sisteme de radiocomunicații prin telegrafie fără fir, ceea ce a dus la radiodifuziune și, mai târziu, la televiziune. În 1909, Braun și Marconi au primit Premiul Nobel pentru fizică pentru „contribuțiile lor la dezvoltarea telegrafiei fără fir”. În prezent, radioul este o tehnologie esențială în rețelele globale de telecomunicații și mediul de transmisie care stă la baza dispozitivelor wireless moderne.
Citește și, biografii – Baronul Haussmann
Raze catodice
În 1892, Hertz a început să experimenteze și a demonstrat că razele catodice puteau pătrunde în folii metalice foarte subțiri (cum ar fi aluminiul). Philipp Lenard, un student al lui Heinrich Hertz, a cercetat mai departe acest „efect de rază”. El a dezvoltat o versiune a tubului catodic și a studiat penetrarea de către razele X a diferitelor materiale. Cu toate acestea, Lenard nu și-a dat seama că producea raze X. Hermann von Helmholtz a formulat ecuații matematice pentru razele X. El a postulat o teorie a dispersiei înainte ca Röntgen să facă descoperirea și anunțul său. Aceasta a fost formată pe baza teoriei electromagnetice a luminii (Wiedmann”s Annalen, Vol. XLVIII). Cu toate acestea, el nu a lucrat cu raze X reale.
Citește și, biografii – Yves Klein
Efectul fotoelectric
Hertz a contribuit la stabilirea efectului fotoelectric (care a fost explicat mai târziu de Albert Einstein) atunci când a observat că un obiect încărcat își pierde sarcina mai ușor atunci când este luminat de radiații ultraviolete (UV). În 1887, a făcut observații asupra efectului fotoelectric și asupra producerii și recepției undelor electromagnetice (EM), publicate în revista Annalen der Physik. Receptorul său era alcătuit dintr-o bobină cu un spațiu de scânteie, prin care se vedea o scânteie la detectarea undelor EM. El a plasat aparatul într-o cutie întunecată pentru a vedea mai bine scânteia. El a observat că lungimea maximă a scânteii era redusă atunci când se afla în cutie. Un panou de sticlă plasat între sursa de unde EM și receptor absorbea UV care ajutau electronii să sară peste distanța dintre ele. Când era îndepărtat, lungimea scânteii creștea. El nu a observat nicio scădere a lungimii scânteii atunci când a înlocuit sticla cu cuarț, deoarece cuarțul nu absoarbe radiațiile UV. Hertz și-a încheiat lunile de investigații și a raportat rezultatele obținute. El nu a continuat să investigheze acest efect și nici nu a încercat să explice cum s-a produs fenomenul observat.
Citește și, istorie – Prima împărțire a Poloniei
Mecanici de contact
În 1886-1889, Hertz a publicat două articole despre ceea ce avea să devină cunoscut sub numele de mecanica de contact, care s-au dovedit a fi o bază importantă pentru teoriile ulterioare din domeniu. Joseph Valentin Boussinesq a publicat câteva observații de importanță critică asupra lucrărilor lui Hertz, stabilind totuși că această lucrare privind mecanica de contact este de o importanță imensă. Lucrarea sa rezumă practic modul în care două obiecte axi-simetrice plasate în contact se vor comporta sub sarcină, el obținând rezultate bazate pe teoria clasică a elasticității și pe mecanica continuității. Cel mai semnificativ defect al teoriei sale a fost neglijarea oricărei naturi de aderență între cele două solide, care se dovedește a fi importantă pe măsură ce materialele care compun solidele încep să capete o elasticitate ridicată. Cu toate acestea, era firesc să se neglijeze aderența la acea vreme, deoarece nu existau metode experimentale de testare a acesteia.
Pentru a-și dezvolta teoria, Hertz a folosit observația sa privind inelele eliptice ale lui Newton formate la plasarea unei sfere de sticlă pe o lentilă ca bază pentru a presupune că presiunea exercitată de sferă urmează o distribuție eliptică. El a folosit din nou formarea inelelor lui Newton, validându-și teoria cu ajutorul experimentelor pentru a calcula deplasarea pe care sfera o are în lentilă. Kenneth L. Johnson, K. Kendall și A. D. Roberts (JKR) au folosit această teorie ca bază pentru a calcula deplasarea teoretică sau adâncimea de indentare în prezența aderenței în 1971. Teoria lui Hertz este recuperată din formularea lor dacă se presupune că aderența materialelor este zero. Similar acestei teorii, însă folosind ipoteze diferite, B. V. Derjaguin, V. M. Muller și Y. P. Toporov au publicat o altă teorie în 1975, care a ajuns să fie cunoscută în comunitatea de cercetători sub numele de teoria DMT, care, de asemenea, a recuperat formulările lui Hertz în ipoteza unei aderențe zero. Această teorie DMT s-a dovedit a fi prematură și a avut nevoie de mai multe revizuiri înainte de a ajunge să fie acceptată ca o altă teorie a contactului de materiale, pe lângă teoria JKR. Atât teoria DMT, cât și teoria JKR formează baza mecanicii de contact pe care se bazează toate modelele de contact de tranziție și care sunt utilizate în predicția parametrilor materialelor în nanoindentare și în microscopia de forță atomică. Aceste modele sunt esențiale pentru domeniul tribologiei și a fost numit unul dintre cei 23 de „Oameni ai tribologiei” de către Duncan Dowson. Cercetările lui Hertz din perioada în care era conferențiar, care au precedat marea sa lucrare asupra electromagnetismului, pe care el însuși o considera, cu sobrietatea sa caracteristică, ca fiind trivială, au facilitat era nanotehnologiei.
Hertz a descris, de asemenea, „conul hertzian”, un tip de mod de fractură în solidele fragile, cauzat de transmiterea undelor de tensiune.
Citește și, biografii – Teodora I
Meteorologie
Hertz a avut întotdeauna un interes profund pentru meteorologie, probabil în urma contactelor sale cu Wilhelm von Bezold (care i-a fost profesor la un curs de laborator la Politehnica din München în vara anului 1878). În calitate de asistent al lui Helmholtz la Berlin, a contribuit cu câteva articole minore în acest domeniu, inclusiv cercetări privind evaporarea lichidelor, un nou tip de higrometru și un mijloc grafic de determinare a proprietăților aerului umed atunci când este supus unor schimbări adiabatice.
Heinrich Hertz a fost luteran pe tot parcursul vieții sale și nu s-ar fi considerat evreu, deoarece familia tatălui său s-a convertit la luteranism când tatăl său era încă în copilărie (la vârsta de șapte ani), în 1834.
Cu toate acestea, atunci când regimul nazist a preluat puterea, la câteva decenii după moartea lui Hertz, oficialii acestuia i-au îndepărtat portretul din poziția de onoare din Primăria orașului Hamburg (Rathaus), din cauza ascendenței sale parțial evreiești. De atunci, tabloul a fost readus în expoziția publică.
Văduva și fiicele lui Hertz au părăsit Germania în anii 1930 și s-au stabilit în Anglia.
Nepotul lui Heinrich Hertz, Gustav Ludwig Hertz, a fost laureat al Premiului Nobel, iar fiul lui Gustav, Carl Helmut Hertz, a inventat ultrasonografia medicală. Fiica sa, Mathilde Carmen Hertz, a fost un cunoscut biolog și psiholog comparat. Nepotul lui Hertz, Hermann Gerhard Hertz, profesor la Universitatea din Karlsruhe, a fost un pionier al spectroscopiei RMN și a publicat în 1995 notițele de laborator ale lui Hertz.
Unitatea SI hertz (Hz) a fost stabilită în onoarea sa de către Comisia Electrotehnică Internațională în 1930 pentru frecvență, o expresie a numărului de ori pe secundă în care se produce un eveniment repetat. Ea a fost adoptată de CGPM (Conférence générale des poids et mesures) în 1960, înlocuind oficial denumirea anterioară, „cicluri pe secundă” (cps).
În 1928 a fost înființat la Berlin Institutul Heinrich-Hertz pentru cercetarea oscilațiilor. Astăzi cunoscut sub numele de Institutul Fraunhofer pentru Telecomunicații, Institutul Heinrich Hertz, HHI.
În 1969, în Germania de Est, a fost turnată o medalie comemorativă Heinrich Hertz. Medalia IEEE Heinrich Hertz, înființată în 1987, este „pentru realizări remarcabile în domeniul undelor hertziene, acordată anual unei persoane pentru realizări de natură teoretică sau experimentală”.
În 1980, în Italia a fost înființat un liceu numit „Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz”, în cartierul Cinecittà Est, din Roma.
Telescopul radio submilimetric de la Mt. Graham, Arizona, construit în 1992, îi poartă numele.
Un crater care se află pe partea îndepărtată a Lunii, chiar în spatele membrului estic, este numit în onoarea sa. Piața Hertz pentru produse radioelectronice din Nijni Novgorod, Rusia, îi poartă numele. Turnul de telecomunicații radio Heinrich-Hertz-Turm din Hamburg poartă numele celebrului fiu al orașului.
Hertz este onorat de Japonia cu un statut de membru al Ordinului Comorii Sacre, care are mai multe niveluri de onoare pentru persoane importante, inclusiv oameni de știință.
Heinrich Hertz a fost omagiat de mai multe țări din întreaga lume în emisiunile lor poștale, iar în perioada de după cel de-al Doilea Război Mondial a apărut, de asemenea, pe diferite emisiuni de timbre germane.
De ziua sa de naștere, în 2012, Google l-a omagiat pe Hertz cu un doodle Google, inspirat de munca sa, pe pagina sa de start.
sursele
