Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Landsvirkjun - borði í orkumálaflokki

Hver var Heinrich Hertz og hvert var framlag hans til vísindanna?

Heinrich Rudolf Hertz fæddist í Hamborg í Þýskalandi þann 22. febrúar 1857. Hann var elstur fimm barna Gustav Ferdinand Hertz og Anna Elisabeth Pfefferkorn. Föðurafi Heinrich Rudolfs hafði haft trúskipti frá gyðingdómi til lútherstrúar þegar hann kvæntist inn í lútherska fjölskyldu. Faðir Heinrich var lögfræðingur sem hafði sæti í borgarráði Hamborgar og móðir hans var læknisdóttir.

Á sínum yngri árum sýndi Heinrich Hertz stærðfræði mikinn áhuga en hann hafði einnig mikinn áhuga á tungumálum og lærði latínu, grísku, arabísku og sanskrít. Á sama tíma sýndi hann hæfileika í teikningu, myndhöggi og öðru handverki. Hann sameinaði þessi áhugamál sín og hóf fyrst nám í byggingarverkfræði. En áður en hann hóf verkfræðinám sitt réði hann sig til starfa á verkfræðistofu í Frankfurt. Hertz flutti sig síðar um set og hóf nám í byggingarverkfræði við Tækniháskólann í Dresden. Hann var sér í lagi uppnuminn af stærðfræðifyrirlestrunum en fór jafnframt að sýna sögu og heimspeki áhuga. Honum þótti kennslan í Dresden á lágu plani svo eftir eitt misseri ákvað hann að ganga í herinn og taka þar með út skylduár sitt í herþjónustu. Árið 1877 innritaðist Hertz í verkfræði við Tækniháskólann í München en skipti fljótlega yfir í Háskólann í München og skráði sig þar í eðlisfræði. Hann var aftur á móti ósáttur við eðlisfræðikennsluna í München og flutti sig þá til Háskólans í Berlín eftir tvö misseri. Í Berlín voru Gustav Kirchhoff (1824-1887) og Hermann von Helmholtz (1821-1894) meðal kennara. Þar voru menn fljótir að átta sig á hæfileikum þessa unga manns og var hann ráðinn aðstoðarmaður á tilraunastofu Hermann von Helmholtz þegar hann var enn í grunnnámi, en það var afar fátítt á þeim árum. Á tilraunastofunni fékkst hann við mælingar á því hvort hreyfanlegar hleðslur sem mynda straum í leiðurum hafi tregðumassa. Hann sýndi fram á að massinn væri nánast óvera og birti grein um tilraunina í Annalen der Physik und Chemie. Hann útskrifaðist með próf í eðlisfræði frá Háskólanum í Berklín árið 1879 eftir að hafa lokið aðeins 6 misserum í stað þeirra 8 sem krafist var, einu í Dresden, tveimur í München og þremur í Berlín. Hann stóðst munnlega prófið með ágætum og útskrifaðist summa cum laude (með hæstu ágætiseinkunn).

Hertz hóf þá strax doktorsnám undir leiðsögn Hermann von Helmholtz (á mynd til hægri). Helmholtz hafði hugmynd að tilraun sem átti að sýna fram á hvort rafsegulfræði Wilhelm Eduard Weber (1804-1891) eða James Clerk Maxwell (1831-1879) væri rétt. Hann hafði fengið prússnesku Vísindaakademíuna til að veita verðlaun til þess sem gæti sýnt fram á með tilraun samhengi milli rafsegulkrafta og skautunar rafsvara einangrara. Í raun snerist tilraunin um að sýna að tímaháð rafsvið myndi framkalla mælanlegt rafsegulsvið. Hertz gerði sér grein fyrir að hrifin væru óveruleg og til að sýna fram á þau þyrfti rafsvið af mun hærri tíðni en hægt væri að framkalla á þeim tíma. Í stað þess ákvað hann að skoða span í leiðurum, sem voru ekki sístæðir heldur snerust með fastri tíðni. Um þessar athuganir skrifaði hann sína aðra grein í Annalen der Physik und Chemie. Hann lauk doktorsprófi árið 1880 en hélt áfram að starfa við tilraunastofu Helmholtz þar til árið 1883. Þessi þrjú ár fékkst hann við verklega kennslu og rannsóknir. Fyrst og fremst notaði hann þennan tíma til að byggja upp ritalista sem dygði honum til að komast í fasta stöðu. Þriðju og fjórðu greinarnar ritaði hann upp úr doktorsritgerð sinni og fjölluðu þær um span í leiðurum. Þá sneri hann sér að alveg nýju viðfangsefni − fjaðurmagni (e. elasticity). Þær tvær greinar er hann ritaði á þessu sviði leggja grunninn að greiningu á snertispennu (e. contact stress analysis) og mælingum á hörku efna eins og þær eru þekktar enn í dag. Á þessum árum í Berlín ritaði hann 12 aðrar greinar og voru tvær þeirra um afhleðslur í gasi, eða á því sviði sem átti eftir að leiða til hans merkasta framlags til vísindanna.

Árið 1883 tók hann við stöðu fyrirlesara í fræðilegri eðlisfræði við háskólann í Kiel með loforði um dósentsstöðu síðar meir. Í Kiel var engin aðstaða til tilrauna og þar átti hann erfiða daga. Einnig varð bið á dósentsstöðunni sem lofað hafði verið. Hann tók því fegins hendi tilboði um prófessorsstöðu við Tækniháskólann í Karlsruhe. Við flutninginn til Karlsruhe breyttist líf hans til hins betra á allan hátt. Þar kynntist hann og kvæntist Elisabeth Doll (1864-1941) dóttur kennara í rúmfræði við skólann. En best af öllu var að hér gat hann haldið áfram með tilraunir þær á afhleðslum í gasi sem hann hafði hafið í Berlín. Það voru þessar tilraunir sem leiddu til þess að neistasveifluvakinn var fundinn upp og með honum var hægt að ráðast á gátuna sem prússneska Vísindaakademían hafði lofað verðlaunum fyrir að leysa. Hertz notaði þetta nýja tól einnig til að sýna fram á tilvist rafsegulbylgna og til að sýna fram á að þær hegðuðu sér í samræmi við fræði Maxwells − það er eins og ljósbylgjur.

Hin fyrsta þessara uppgötvana varð fyrir tilviljun. Vírlykkja sem ekki var fullkomlega lokuð snerti spanspólu sem var notuð til að framkalla afhleðslu í Leyden-krukku. Þegar lykkjan snerti spóluna komu fram neistar sitt hvorum megin við gapið á lykkjunni en þeir komu ekki fram samtímis. Hann gerði sér grein fyrir því að þetta væri vegna þess að rafmagnið ferðaðist sem bylgjur og að þessar bylgjur hefðu endanlegan útbreiðsluhraða og þess vegna næðu þær öðrum enda lykkjunnar á undan hinum. Að auki uppgötvaði hann að vírlykkjan (bakvafið) þurfti ekki að snerta spanspóluna (forvafið) til fá fram neista. Reyndar var hann ekki fyrstur til að rannsaka útbreiðslu rafsegulbylgna eftir vírum. Wilhelm von Bezold (1837-1907) hafði uppgötvað árið 1870 að bylgjum væri endurkastað frá opnum enda merkjaflutningslínu og að hraði þeirra væri óháður því hver leiðarinn væri. Svipaðar tilraunir höfðu einnig verið framkvæmdar á Englandi, einkum af Oliver Joseph Lodge (1851-1940). Uppgötvun Heinrich Hertz var aftur á móti miklu stærra framfaraskref. Hann uppgötvaði einnig að hrifin voru mun sterkari þegar lengd bakvafsins var valin þannig að hún svaraði til bylgjulengdar sveiflanna í forvafinu. Í þessu ferli uppgötvaði hann einnig ljósröfun. Hann sá að auðveldara var að framkalla neista á rafskauti sem á var lýst með útfjólubláu ljósi. En eftir að hafa birt eina grein um fyrirbærið í Annalen der Physik und Chemie lét hann öðrum eftir að vinna frekar í því. Albert Einstein (1879-1955) útskýrði fyrirbærið með grein 1905 og hlaut fyrir þá útskýringu, sem lagði grunninn að skammtafræði, Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði 1921.

Tækniháskólinn í Karlsruhe eins og hann leit út við stofnun árið 1825.

Þá var komið að því að Hertz gæti aftur skoðað gátuna sem prússneska Vísindaakademían hafði lofað verðlaunum fyrir að leysa. Hann sýndi þá að ef rafsvara eins og viði, brennisteini, paraffíni eða malbiki væri komið fyrir á milli forvafsins og bakvafsins breyttust niðurstöðurnar allverulega. Þar með hafði hann staðfest eina af tilgátum Maxwells að rafsvari skautast undir áhrifum frá rafsegulkröftum og hann verður sjálfur uppspretta rafsegulhrifa. Hann sneri sér síðan að því að mæla útbreiðsluhraða rafsegulbylgna í andrúmsloftinu og eftir vír. Hann gerði mistök og mat hraðann eftir vírnum um 2/3 af ljóshraða. Mælingar sem seinna (1890) voru framkvæmdar af Ernst Lecher (1856-1926) sýndu að hraðinn væri sá sami í andrúmsloftinu og eftir vír. En Hertz sýndi einnig fram á standbylgjur vegna samliðunar (e. interference) innkomandi og endurkastaðrar rafsegulbylgju sem var endanleg sönnun þess að um bylgjur væri að ræða. Þá fór hann í viðamikla tilraun til að sýna fram á að þessar rafsegulbylgjur hegðuðu sér alfarið eftir lögmálum ljósfræðinnar og sýndu bæði endurkast (e. reflection) og bylgjubrot (e. refraction). Hann hafði þar með sýnt fram á að bylgjueiginleikar og útbreiðsla rafsegulbylgna væru eins og fræði James Clerk Maxwell og Michael Faraday (1791–1867) höfðu sagt fyrir um.

Ofangreindar rannsóknir sem fóru fram 1887 og 1888 gerðu Heinrich Hertz heimsfrægan. Hann fékk fjölda tilboða frá helstu háskólum heims, þar með talið Berlín. Hann ákvað að færa sig til Háskólans í Bonn þar sem hann fyllti skarð Rudolf Clausius (1822-1888), sem hafði þá nýlega fallið frá, og keypti að auki hús hans. Hann flutti til Bonn vorið 1889. Þar lauk hann við rit sitt í rafsegulfræði, Untersuchungen uber die Ausbreitung der elektrischen Kraft, sem var gefið út í Leipzig 1892. Í Bonn sneri hann sér aftur að afhleðslum í gasi, síðar ásamt aðstoðarmanni sínum Philipp Lenard (1862-1947) sem kom til starfa við háskólann árið 1891. Þeim tókst að senda bakskautsgeisla í gegnum álþynnu, þekkt í dag sem Lenard-gluggi. Greinin sem hann skrifaði um þessa tilraun var hans síðasta. Lenard hélt áfram rannsóknum á bakskautsgeislum og voru veitt Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði 1905 fyrir framlag sitt.

Veikindi fóru að hrjá Hertz á þessum árum og hann var hættur að geta kennt síðustu árin. Árunum 1892 og 1893 eyddi hann mestu af tíma sínum í stórt fræðilegt verkefni, nýja aflfræði, þar skoðuð voru áhrif rafsegulfræði Maxwells á eðlisfræðina. Kraftur var ekki lengur grunnstærð, aðeins massi, rúm og tími. Þetta framlag hans var ekki vinsælt meðal eðlisfræðinga, en bókin sem hann ritaði, Die Prinzipien der Mechanik in Neuen Zusammenhange Dargestellt, og kom út 1895 er sígilt rit í vísindaheimspeki.

Heinrich Rudolf Hertz lést úr blóðeitrun í Bonn á nýársdag 1894, nokkrum vikum fyrir 37. afmælisdag sinn. Ekkja hans flúði nasismann í Þýskalandi 1935 og flutti til Englands með tvær dætur þeirra.

Mælieiningin Hertz (táknað Hz) er SI-einingin fyrir tíðni eða fjölda sveifla á sekúndu fyrir lotubundin fyrirbæri.

Heimildir:

Myndir:

Útgáfudagur

12.7.2011

Spyrjandi

Ritstjórn

Höfundur

Jón Tómas Guðmundsson

fyrrum prófessor í rafmagns- og tölvuverkfræði við HÍ

Tilvísun

Jón Tómas Guðmundsson. „Hver var Heinrich Hertz og hvert var framlag hans til vísindanna?“. Vísindavefurinn 12.7.2011. http://visindavefur.is/?id=60211. (Skoðað 20.12.2014).

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

André-Marie Ampère

1775-1836

Franskur eðlisfræðingur, einn af frumkvöðlum rafsegulfræðinnar. Lögmálið um kraft milli aðgreindra rafstrauma er kennt við hann og eining metrakerfisins um rafstraum ber nafn hans.