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Heinrich Rudolf Hertzはドイツの物理学者で、James Clerk Maxwellの電磁気学の方程式によって予測された電磁波の存在を最初に決定的に証明しました。周波数の単位である1秒あたりのサイクルは、彼の名誉を称えて「ヘルツ」と命名されました。
略歴
Heinrich Rudolf Hertzは1857年にHamburgで生まれました。当時Hamburgはドイツ連邦の主権国家でした。彼は繁栄し文化的なHanseatic家族に生まれました。彼の父はGustav Ferdinand Hertzでした。彼の母はAnna Elisabeth Pfefferkornでした。
Hamburgの Gelehrtenschule des Johanneumで学んでいる間、Hertzは科学と言語に適性を示し、アラビア語とサンスクリット語を学びました。彼はドイツの都市Dresden、Munich、Berlinで科学と工学を研究しました。Berlinではgustav R. KirchhoffとHermann von Helmholtzの下で研究しました。1880年、Hertzはベルリン大学からPhDを取得し、その後3年間Helmholtzの下でポスドク研究に残り、彼のアシスタントを務めました。1883年、Hertzはキール大学の理論物理学の講師職を取得しました。1885年、Hertzはカールスルーエ大学の正教授になりました。
1886年、HertzはMax Dollの娘Elizabeth Dollと結婚しました。Max DollはKarlsrueの幾何学の講師でした。彼らは2人の娘を持ちました。1887年10月20日生まれのJohanna、および1891年1月14日生まれのMathildeで、後に著名な生物学者となりました。この期間中、Hertzは電磁波に関する彼の画期的な研究を実施しました。
Hertzは1889年4月3日にBonnの物理学教授および物理学研究所の所長の職に就きました。彼はこの職を彼の死まで保持しました。この間、彼は理論力学に関する仕事を行いました。彼の仕事は「Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt The Principles of Mechanics Presented in a New Form」という本で出版されました。これは1894年に遺作として出版されました。
死
1892年、Hertzは激しい偏頭痛の発作後の感染症と診断され、この病気を治療するための手術を受けました。彼は偏頭痛を引き起こしていた彼の状態を修正するために試みた手術の合併症の後に死亡しました。これを悪性骨疾患と考える人もいます。彼は1894年にドイツのBonnで36歳で死亡し、Hamburgの Ohlsdorf Cemeteryに埋葬されました。
Hertzの妻Elizabeth Hertz née Doll 1864–1941は再婚しませんでした。Hertzは2人の娘を残しました。Johanna 1887–1967とMathilde 1891–1975です。Hertzの娘は結婚せず、彼には子孫がいません。
科学的業績
電磁波
1864年、スコットランドの数学物理学者James Clerk Maxwellは電磁気学の包括的な理論を提案しました。現在ではMaxwellの方程式と呼ばれています。Maxwellの理論は、結合された電界と磁界が「電磁波」として空間を移動できることを予測していました。Maxwellは光が短い波長の電磁波で構成されていることを提案しましたが、誰もこれを証明することができず、また他の波長の電磁波を生成または検出することもできませんでした。
1879年のHertzの研究中、Helmholtzはhertzの博士論文がMaxwellの理論をテストすることについてであることを提案しました。Helmholtzはまた、その年にプロイセン科学アカデミーで「ベルリン賞」の問題を提案しました。それは、Maxwellの理論によって予測された絶縁体の分極および脱分極の電磁効果を実験的に証明できる人のためのものでした。Helmholtzはhertzがそれを獲得する最も可能性の高い候補であると確信していました。これを実験的にテストするための装置を構築する方法を見ていないので、hertzはそれが難しすぎると思い、代わりに電磁誘導に関する仕事をしました。hertzはKielでの彼の時間の間にMaxwellの方程式の分析を制作しました。彼らが当時流行していた「距離での作用」理論より多くの妥当性を持っていることを示しています。
Hertzが Karlsrueでの教授職を受け取った後、1886年の秋に彼はRiess螺旋のペアで実験していました。Leyden瓶をこれらのコイルの1つに放電させると、もう1つのコイルにスパークが発生することに気づきました。装置を構築する方法についてのアイデアで、Hertzは現在実験を進める方法を持っていました。1879年の「ベルリン賞」の問題は、Maxwellの理論を証明することでしたが、実際の賞は1882年に未回収で期限切れになっていました。彼はRuhmkorffコイル駆動スパークギャップと1メートルのワイヤペアを放射体として使用しました。容量球は回路共振調整のために要素の両端に存在していました。彼のレシーバーは、要素間にマイクロメータースパークギャップを備えたループアンテナでした。この実験は、非常に高周波範囲で現在ラジオ波と呼ばれるものを生成および受信しました。
Hertzの最初のラジオ送信機：7.5 mm のスパークギャップを備えた1メートルの銅線のペアで構成される容量ロードダイポール共振器で、30cmの亜鉛球で終わります。誘導コイルが2つの側面間に高電圧を適用したとき、スパークギャップ全体のスパークはワイヤー内の高周波電流の定在波を作成し、電波を放出しました。波の周波数は約50MHzで、最新のテレビ送信機で使用されるものと同等です。
1886年から1889年の間に、Hertzは彼が観察していた効果がMaxwellの予測された電磁波の結果であることを証明する一連の実験を実施しました。1887年11月に「絶縁体の電気的乱れによって生成された電磁効果について」という論文で始まり、Hertzはベルリンアカデミーのhelmholtzに一連の論文を送信しました。1888年の論文を含め、有限速度で距離を移動する横方向の自由空間電磁波を示していました。Hertzが使用した装置では、電界と磁界はワイヤから横波として放射されました。hertzは定在波を生成するために、亜鉛反射板から約12メートル離れて発振器を配置していました。各波は約4メートルの長さでした。リング検出器を使用して、彼は波の大きさとコンポーネント方向がどのように変化したかを記録しました。Hertzはmaxwellの波を測定し、これらの波の速度が光の速度に等しいことを示しました。波の電界強度、偏光、反射も Hertzによって測定されました。これらの実験は、光とこれらの波の両方がMaxwell方程式に従う電磁放射の形式であることを確立しました。
Hertzの指向性スパーク送信機の中心、Ruhmkorffコイルで駆動される中央にスパークギャップを備えた2つの13cm真鍮ロッドで作られた半波ダイポールアンテナ。1.2 m x 2 mの円筒形シートメタル放物線反射鏡の焦線上にあります。約450MHzの周波数を持つ66cm波のビームを放出しました。受信機右は同様の放物線ダイポールアンテナで、マイクロメータースパークギャップが付いています。Hertzの電波の偏光のデモンストレーション：示されているアンテナが垂直のとき、受信機は応答しません。しかし、受信機が回転すると、スパークの長さで示されるように受信信号が強くなります。ダイポールが平行のときに最大に達するまで。偏光のもう1つのデモンストレーション：波は偏光フィルタを通過し、ワイヤがダイポールAに垂直のときにのみ受信機に到達し、平行なB ではありません。屈折のデモンストレーション：電波はピッチで作られたプリズムを通過するときに曲がり、ガラスプリズムを通過するときの光波と同様です。Hertzの金属シートから反射される電波によって作成される定在波のプロット
Hertzは彼のラジオ波実験の実際的な重要性を理解していませんでした。彼は次のように述べています。
"それは決して有用ではありません[...]これは単なる実験で、Maestro Maxwellが正しかったことを証明しています。私たちはただ、肉眼で見ることができない神秘的な電磁波を持っています。しかし、それらはそこにあります。"
彼の発見の応用について尋ねられたとき、Hertzは答えました。
"何もありません、私は思います。"
Hertzの空中電磁波の存在の証明は、この新しい形の電磁放射の実験の爆発につながりました。これは、1910年頃まで「Hertz波」と呼ばれていました。その時点で「電波」という用語が現在になりました。10年以内に、Oliver Lodge、Ferdinand Braun、Guglielmo Marconiなどの研究者は、最初の無線電信ラジオ通信システムで電波を採用し、ラジオ放送、その後テレビにつながりました。1909年、BraunとMarconiは無線電信の発展への「貢献」に対してノーベル物理学賞を受賞しました。今日、ラジオはグローバル通信ネットワークの本質的なテクノロジーであり、最新のワイヤレスデバイスの基盤となる送信媒体です。"Heinrich Hertz". 2020年2月3日に取得。
陰極線
1892年、Hertzはアルミニウムのような非常に薄い金属箔を貫通することができる陰極線を実験し、実証しました。Philipp Lenard、Heinrich Hertzの学生は、この「光線効果」をさらに研究しました。彼は陰極管のバージョンを開発し、様々な材料によるX線の貫通を研究しました。Philipp Lenardは、しかし、彼がX線を生成していることに気づきませんでした。Hermann von Helmholtzはx線の数学方程式を定式化しました。彼はRöntgenが彼の発見と発表をする前に分散理論を仮定しました。これは光のelectromagnetic理論Wiedmann's Annalen、Vol。XLVIIIに基づいて形成されました。しかし、彼は実際のX線を使って働きませんでした。
光電効果
Hertzは光電効果の確立に貢献しました。これは後にAlbert Einsteinによって説明されました。彼は、帯電したオブジェクトが紫外線UVで照らされたときにより容易にその電荷を失うことに気づきました。1887年、彼は光電効果の観察と電磁波EM波の生成と受信を行いました。これは雑誌Annalen der Physikで公開されました。彼のレシーバーは、EM波の検出時にスパークが見られるスパークギャップのあるコイルで構成されていました。彼はスパークをより良く見るために装置を暗くされたボックスに配置しました。彼は、最大スパーク長がボックス内にあるときに減少したことを観察しました。EM波の源とレシーバーの間に配置されたガラスパネルは、電子がギャップを横切るのを助けたUVを吸収しました。取り外すと、スパークの長さが増加します。彼は、石英をガラスの代わりに使用したときにスパーク長の減少を観察しませんでした。石英はUV放射を吸収しないため。Hertzは数ヶ月の調査を結論し、得られた結果を報告しました。彼はこの効果の調査をさらに追求しませんでした。また、観察された現象がどのように引き起こされたかを説明しようとする試みもしませんでした。
接触力学
1886年から1889年に、Hertzは接触力学の分野として知られるようになったものについて2つの論文を公開しました。これは後の理論の重要な基礎であることが判明しました。Joseph Valentin Boussinesqはhertzの仕事に関する重要な観察を出版しました。それでも、接触力学に関するこの仕事を非常に重要であると確立していました。彼の仕事は基本的に、接触している2つの軸対称オブジェクトが負荷下でどのように動作するかを要約しています。彼は古典的な弾性と連続体力学の理論に基づいた結果を取得しました。彼の理論の最も重大な失敗は、2つの固体間の任意の性質の接着の無視でした。これは、固体を構成する材料が高い弾性を仮定し始めると重要であることが判明しました。その時代に接着を無視するのは自然でした。それをテストする実験的な方法がなかったからです。
彼の理論を開発するために、Hertzはガラス球をレンズの上に配置することによって形成された楕円形のNewton ringsの彼の観察を使用しました。球によって加えられた圧力が楕円分布に従うという仮定の基礎として。彼は1971年に理論を検証しながら球がレンズに入る変位を計算する実験でNewton ringsの形成を再度使用しました。K. L. Johnson、K. Kendall、およびA. D. Roberts JKRは、1971年に接着の存在下で理論的な変位または圧入深度を計算しながら、これを理論の基礎として使用しました。接着がゼロであると仮定されると、Hertzの理論は彼らの定式化から回復されます。この理論と同様に、しかし異なる仮定を使用して、B. V. Derjaguin、V. M. Muller、およびY. P. Toporovは1975年に別の理論を出版しました。これは研究コミュニティでDMT理論として知られるようになり、接着がゼロであるという仮定の下でHertzの定式化も回復しました。このDMT
