Bilincimizin dışında, gerçek şeylerin soğuk ve yabancı dünyası uzanır. İkisi arasında duyuların dar sınır bölgesi yer alır. İki dünya arasında dar şerit dışında hiçbir iletişim mümkün değildir. Kendimizi ve dünyayı düzgün bir şekilde anlamak için, bu sınır bölgesinin kapsamlı bir şekilde araştırılması son derece önemlidir.
Heinrich Rudolf Hertz, James Clerk Maxwell'in elektromagnetizm denklemleri tarafından öngörülen elektromanyetik dalgaların varlığını ilk olarak kesin olarak kanıtlayan bir Alman fiziğçidir. Frekansın birimi olan saniye başına döngü, onun onuruna "hertz" olarak adlandırılmıştır.
Biyografi
Heinrich Rudolf Hertz, 1857'de Hamburg'da doğdu; o zaman Alman Konfederasyonu'nun bağımsız bir devletiydi ve refah içinde ve kültürlü bir Hanseatic ailesine mensuptu. Babası Gustav Ferdinand Hertz'di. Annesi Anna Elisabeth Pfefferkorn'du.
Hamburg'daki Gelehrtenschule des Johanneums'da okurken, Hertz bilimler ve diller için bir yetenek gösterdi; Arapça ve Sanskritçe öğrendi. Almanya'nın Dresden, Munich ve Berlin şehirlerinde bilimler ve mühendislik okudu; burada Gustav R. Kirchhoff ve Hermann von Helmholtz'un altında çalıştı. 1880'de Hertz, Berlin Üniversitesi'nden doktorasını aldı ve sonraki üç yıl Helmholtz'un yanında doktora sonrası çalışma için kaldı ve asistanı olarak görev yaptı. 1883'te Hertz, Kiel Üniversitesi'nde teorik fizik öğretim görevlisine atandı. 1885'te Hertz, Karlsruhe Üniversitesi'nde tam profesör oldu.
1886'da Hertz, Karlsruhe'de geometri öğretim görevlisi olan Max Doll'un kızı Elisabeth Doll ile evlendi. İki kızları vardı: 20 Ekim 1887'de doğan Johanna ve 14 Ocak 1891'de doğan ve daha sonra ünlü bir biyolog olan Mathilde. Bu sırada Hertz elektromanyetik dalgalar hakkında çığır açan araştırmasını yürüttü.
Hertz, 3 Nisan 1889'da Bonn'daki Fizik Profesörü ve Fizik Enstitüsü Direktörü pozisyonuna atandı; ölümüne kadar bu pozisyonu elinde tuttu. Bu sırada teorik mekanik üzerinde çalıştı; çalışması Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt The Principles of Mechanics Presented in a New Form kitabında yayınlandı ve 1894'te ölümünden sonra yayımlandı.
Ölüm
1892'de Hertz, şiddetli migren nöbetinden sonra bir enfeksiyonla teşhis edildi ve hastalığı tedavi etmek için ameliyatlar geçirdi. Migren başta sorumluluğa gelen bu durumu düzeltmek için ameliyat komplikasyonları nedeniyle öldü; bazıları bunu kötü huylu bir kemik durumu olarak görür. 1894'te Bonn, Almanya'da 36 yaşında öldü ve Hamburg'daki Ohlsdorf Mezarlığı'na gömüldü.
Hertz'in karısı, Elisabeth Hertz, kızlık soyadı Doll 1864–1941, tekrar evlenmedi. Hertz iki kız bıraktı, Johanna 1887–1967 ve Mathilde 1891–1975. Hertz'in kızları asla evlenmedi ve onun soyundan gelen kimse yok.
Bilimsel çalışma
Elektromanyetik dalgalar
1864'te İskoçyalı matematiksel fizikçi James Clerk Maxwell elektromagnetizmin kapsamlı bir teorisini önerdi; şimdi Maxwell denklemleri olarak adlandırılır. Maxwell'in teorisi, birleştirilmiş elektrik ve manyetik alanların uzay içinde "elektromanyetik dalga" olarak seyahat edebileceğini tahmin etti. Maxwell, ışığın kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalardan oluştuğunu önerdi; ancak hiç kimse bunu kanıtlayamamıştı veya diğer dalga boylarındaki elektromanyetik dalgaları üretemedi veya tespit edemedi.
1879'daki Hertz'in çalışmaları sırasında Helmholtz, Hertz'in doktora tezinin Maxwell'in teorisini test etme konusunda olmasını önerdi. Helmholtz aynı zamanda o yıl Prussian Sciences Academy'de Maxwell'in teorisi tarafından öngörülen bir şey olan izolatörlerin polarizasyonu ve depolarizasyonunda elektromanyetik bir etkiyi deneysel olarak kanıtlayabilen herkes için "Berlin Ödülü" problemini önerdi. Helmholtz Hertz'in onu kazanması için en muhtemel aday olduğundan emindi. Bu durumu deneysel olarak test etmek için bir cihaz inşa etmenin hiçbir yolu görmeyerek, Hertz bunun çok zor olduğunu düşündü ve bunun yerine elektromanyetik indüksiyon üzerinde çalıştı. Hertz, Kiel'deyken Maxwell denklemlerinin bir analizini yaparak, o zamanın yaygın olan "mesafeli etki" teorilerinden daha fazla geçerliliği olduklarını gösterdi.
Hertz Karlsruhe'deki profesörlüğünü aldıktan sonra 1886 sonbaharında bir çift Riess spirali ile deney yapıyordu; bir Leyden kavasını bu bobinlerden birine boşaltmanın diğer bobinde bir kıvılcım oluşturacağını fark etti. Bir cihaz inşa etme konusunda bir fikre sahip olarak, Hertz şimdi 1879'daki Maxwell'in teorisini kanıtlayan "Berlin Ödülü" sorunuyla ilerleme yapmak için bir yolu vardı; ancak gerçek ödül 1882'de toplanmadan süresi dolmuştu. Bir Ruhmkorff bobini tarafından yönetilen kıvılcım boşluğu ve bir metre telle çiftini radyatör olarak kullandı. Devre rezonansı ayarlamalar için kapasite küreleri uçlarda mevcuttu. Alıcısı, elemanlar arasında bir mikrometre kıvılcım boşluğu olan halka anten idi. Bu deney, şimdi çok yüksek frekans aralığında radyo dalgaları olarak adlandırılanları ürettü ve aldı.
Hertz'in ilk radyo vericisi: aralarında 7,5 mm kıvılcım boşluğu bulunan bir çift bir metre bakır telleri ve 30 cm çinko küreler ile biten kapasite yüklenmiş dipol rezonatörü. İndüksiyon bobini iki taraf arasında yüksek voltaj uyguladığında, kıvılcım boşluğu boyunca kıvılcımlar tellerdeki radyo frekansı akımının duran dalgalarını yarattı; bunlar radyo dalgaları yayıldı. Dalgaların frekansı kabaca 50 MHz'di; modern televizyon vericilerinde kullanılan frekansa yakındı.
1886 ile 1889 arasında Hertz, gözlemlediği etkilerin Maxwell'in öngörülen elektromanyetik dalgalarının sonucu olduğunu kanıtlayacak bir dizi deney yürütecekti. "On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators" başlıklı makalesi ile Kasım 1887'de başlayarak, Hertz Berlin Academy'deki Helmholtz'a bir dizi makale göndereceği; 1888'deki makaleler sonlu bir hızda mesafe üzerinde seyahat eden enine serbest uzay elektromanyetik dalgaları gösterdi. Hertz'in kullandığı cihazda, elektrik ve manyetik alanlar tellerin dışından enine dalgalar olarak yayılacaktı. Hertz osilatörü duran dalgalar oluşturmak için çinko yansıtıcı plakadan yaklaşık 12 metre ileride konumlandırmıştı. Her dalga yaklaşık 4 metre uzunluğundaydı. Halka dedektörünü kullanarak, dalganın büyüklüğü ve bileşen yönünün nasıl değiştiğini kaydetti. Hertz Maxwell dalgalarını ölçtü ve bu dalgaların hızının ışığın hızına eşit olduğunu gösterdi. Dalgaların elektrik alan yoğunluğu, polarizasyonu ve yansıması da Hertz tarafından ölçüldü. Bu deneyler, ışığın ve bu dalgaların her ikisinin de Maxwell denklemlerine uygun elektromanyetik radyasyon biçimi olduğunu ortaya koydu.
Hertz'in yönlü kıvılcım verici merkezi, merkezde kıvılcım boşluğu bulunan 13 cm pirinç çubuklardan yapılmış yarım dalga dipol anteni yakından Ruhmkorff bobini tarafından yönetilen, 1,2 m x 2 m silindirik sac metal parabolik reflektörün odak çizgisinde. 66 cm dalgaları ve yaklaşık 450 MHz frekansı olan bir ışın yayıldı. Alıcı sağda benzer parabolik dipol antendir ve mikrometre kıvılcım boşluğu vardır. Hertz'in radyo dalgaları polarizasyonunun gösterimi: gösterildiği gibi antenler dik olduğunda alıcı yanıt vermez; ancak alıcı döndürüldüğünde alınan sinyal, kıvılcımların uzunluğu ile gösterildiği gibi güçlenebilir; dipoliler paralel olduğunda maksimuma ulaşır. Polarizasyon başka bir gösterimi: dalgalar polarize edici filtreden alıcıya geçer; yalnızca kablolar dipollerine dik olduğunda A; paralel olduğunda değil B. Kırılma gösterimi: radyo dalgaları perde yapılmış prizmadan geçerken bükülür; ışık dalgaları cam prizmadan geçerken benzer şekilde bükülür. Hertz'in metal sayfadan yansıyan radyo dalgalarının oluşturduğu duran dalgaların grafiği
Hertz, radyo dalgası deneylerinin pratik önemini fark etmedi. Şunları belirtti ki,
"Hiçbir işe yaramaz[...] bu sadece Maestro Maxwell'in haklı olduğunu kanıtlayan bir deneydir; sadece çıplak gözle göremediğimiz bu gizemli elektromanyetik dalgalarımız var. Ama oradalar."
Keşiflerinin uygulamaları hakkında sorulduğunda Hertz şu yanıtı verdi,
"Hiç birşey, sanırım."
Hertz'in havadaki elektromanyetik dalgaların varlığının kanıtı, bu yeni elektromanyetik radyasyon biçimi ile deneylerde bir patlama yaşanmasına neden oldu; bu yaklaşık 1910'a kadar "Hertzian dalgaları" olarak adlandırıldı; bu zaman "radyo dalgaları" terimi geçerli oldu. 10 yıl içinde Oliver Lodge, Ferdinand Braun ve Guglielmo Marconi gibi araştırmacılar, ilk kablosuz telegrafi radyo iletişim sistemlerinde radyo dalgalarını istihdam ettiler; bu radyo yayınına ve daha sonra televizyona yol açtı. 1909'da Braun ve Marconi, "kablosuz telegrafi geliştirilerine katkıları" için Fizik Nobel Ödülü'nü aldılar. Bugün radyo, küresel haberleşme ağlarında temel bir teknolojidir ve modern kablosuz cihazların altında yatan iletim ortamıdır. "Heinrich Hertz". Retrieved 3 February 2020.
Katot ışınları
1892'de Hertz katot ışınları deneylemeye başladı ve katot ışınlarının alüminyum gibi çok ince metal folyo penetrasyonuna yapabileceğini gösterdi. Philipp Lenard, Heinrich Hertz'in bir öğrencisi, bu "ışın etkisini" daha ileri araştırmıştır. Katot tüpünün bir versiyonunu geliştirdi ve çeşitli materyallerin X-ışınları penetrasyonunu inceledi. Philipp Lenard; ancak X-ışınları ürettiğini fark etmedi. Hermann von Helmholtz, X-ışınları için matematiksel denklemler formüle etti. Röntgen'in keşfi ve duyurusundan önce bir dağılım teorisi önerdi. Işığın elektromanyetik teorisine dayanarak oluşturuldu Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII. Ancak gerçek X-ışınları ile çalışmadı.
Fotoelektrik etki
Hertz, daha sonra Albert Einstein tarafından açıklanacak olan fotoelektrik etkisini kurulmasına yardımcı oldu; enerji yüklenmiş bir nesne, ultraviyole UV radyasyonu tarafından aydınlatıldığında yükünü daha kolay bir şekilde kaybeder. 1887'de, fotoelektrik etkinin gözlemlerini ve elektromanyetik EM dalgaların üretimini ve alımını yaparak Annalen der Physik dergisinde yayımladı. Alıcısı, EM dalgalarının tespiti üzerine bir kıvılcım görülebileceği bir bobinin kıvılcım boşluğu ile oluşuyordu. Cihazı kıvılcımı daha iyi görmek için karanlık bir kutuya yerleştirdi. Maksimum kıvılcım uzunluğunun kutu içindeyken azaldığını gözlemledi. EM dalgaları kaynağı ile alıcı arasına yerleştirilen cam panel, elektronların boşluk genelinde sıçramasına yardımcı olan UV'ı emdi. Kaldırıldığında, kıvılcım uzunluğu artardı. UV radyasyonunu emmeyen kuvars ile camı çıkardığında kıvılcım uzunluğunda azalma gözlemlemedi. Hertz araştırmasının aylarını sonlandırdı ve elde edilen sonuçları bildirdi. Bu etkinin araştırmasını daha ileri sürmedi; gözlenen fenomenin nasıl ortaya çıktığını açıklama konusunda hiçbir girişimde bulunmadı.
Temas mekanikçisi
1886–1889'de Hertz, temas mekanikçi alanı olarak bilinecek olan iki makale yayımladı; bu daha sonra alanda teorilerin önemli bir temeli olmak için kanıtlandı. Joseph Valentin Boussinesq, Hertz'in çalışması hakkında bazı kritik açıdan önemli gözlemler yayımladı; yine de bu çalışmayı temas mekanikçilerinde muazzam önem içinde kurmaktan oluşmuştu. Çalışması basically, temas içinde yerleştirilen iki axi-simetrik nesnenin yükleme altında nasıl davranacağını özetledi; klasik elastisite teorisi ve continuum mekanikçisi temel alınarak sonuçlar elde etti. Teorisinin en önemli arızası, iki katı arasındaki yapışma doğası ihmaliydi; bu, katıları oluşturan materyaller yüksek elastisite üstlenmeye başladığında önem kazanır. Yapışmayı ihmal etmek bu çağda doğaldı; çünkü onun için test etmenin hiçbir deneysel yöntemi yoktu.
Teorisini geliştirmek için Hertz, bir cam küresinin bir lense yerleştirilmesi halinde oluşan eliptik Newton halklarının gözlemini basınç, küre tarafından yapılan, eliptik dağılımı takip ettiğini varsaymanın temelini kullandı. Newton halklarının oluşumunu yine teorisini doğrularken deneyler yaparak, kürenin lens içine yerleştirdiği yer değiştirmeyi hesaplamada kullandı. K. L. Johnson, K. Kendall ve A. D. Roberts JKR, 1971'de yapışma bulunması halinde teorik yer değiştirme veya girintili derinliği hesaplarken bu teoriyi temel olarak kullandılar. Hertz'in teorisi malzemelerin yapışma varsayılırsa sıfır olursa formülasyonlarından kurtarılır. Bu teoriye benzer; yine de farklı varsayımları kullanarak, B. V. Derjaguin, V. M. Muller ve Y. P. Toporov 1975'te başka bir teori yayımladılar; araştırma topluluğunda DMT teorisi olarak bilinecek; ayrıca sıfır yapışma varsayımı altında Hertz'in formülasyonlarını kurtardılar. Bu DMT
