Г герц и открытие электромагнитных волн

Уже более ста лет идут споры на тему, кто на самом деле изобрел радио. Титул изобретателей радио приписывают Генриху Герцу, Николе Тесле, Оливеру Лоджу, Александру Попову и Гильермо Маркони. Все эти ученые не были связаны между собой и жили в разных странах. Но каждый из них внес свой серьезный вклад в это изобретение.

В этой статье попробуем доказать, почему Генрих Герц, Никола Тесла и Оливер Лодж не могут считаться изобретателями радио, а пальму первенства в этом нужно отдать кому-то из двух ученых – Александру Попову или Гильермо Маркони. Подробнее о хронологии изобретения радио и о соперничестве Попова и Маркони мы расскажем в другой раз. Сегодня же рассмотрим предысторию изобретения радио и разберем какое отношение к ней имеют Герц, Тесла и Лодж.

Кто изобрел радио?

В 1888-м году молодой немецкий физик Генрих Герц экспериментально доказал существование в природе предсказанных ранее Максвеллом электромагнитных волн.

В 1886 г. Герц во время своих физических экспериментов создал чрезвычайно простой и очень эффективный прибор, получивший название "вибратор". Этот прибор состоял из двух прямолинейных соосных металлических проводников с пластинами на дальних концах и шариками электрического разрядника на сближенных концах.

Герцу было известно, что при разряде лейденской банки в соединительном проводе возникают токи колебательного характера. Он ожидал, что и в его вибраторе при разряде предварительно заряженных до высокого потенциала проводов и пластин в них возникнут колебательные токи с частотой, определяемой геометрическими размерами проводников и пластин.

Вибратор, который работал от катушки Румкорфа, оказался надежным и удобным прибором. В нем возникали быстропеременные токи. Эти колебания можно было навести через индукцию в другом контуре, настроенном в резонанс с первым, и таким образом их обнаружить.

Один из видов вибратора и резонатор Герца

Опыты блестяще удались: показали, что электромагнитные волны обладают всеми свойствами, присущими световым. Тем самым Герц экспериментально подтвердил важный вывод теории Максвелла о том, что электромагнитные волны и свет имеют физическое родство, общую природу, общий характер.

Главное достижение Генриха Герца – открытие электромагнитных волн. К сожалению, он очень рано умер (1 января 1894 года) не дожив до 37 лет. Это был тяжелый удар и очень большая потеря для всей физики. Открытие электромагнитных волн Генрихом Герцем предшествовало изобретению радио, и возможно, если он не ушел так рано из жизни именно он стал бы его изобретателем.

Открытие Герца почти сразу же поставило проблему практического использования электромагнитных волн как явления, которое позволяет электрическому возмущению далеко распространяться в пространстве. После того как Герц в 1888 г. опубликовал результаты своего открытия, во многих лабораториях мира начались эксперименты с электромагнитными волнами.

Открытие электромагнитных волн очень быстро завладело умами ученых, став достоянием не только профессионалов, но и любителей. Многие ученые и изобретатели не только повторяли его опыты, но и высказывали мысль о возможности использовать электромагнитные волны для связи на расстоянии без проводов.

В то время необходимость в беспроводной связи была крайне остра, поэтому для данной цели пытались применить любое вновь открытое явление, в том числе электромагнитную индукцию.

Кроме того, схема опытов Г. Герца, суть его экспериментов, когда в одном месте возбуждались электромагнитные волны, а на некотором расстоянии осуществлялась их индикация, принципиально "подсказывали" способ связи без проводов с помощью электромагнитных волн. Поэтому мысль об использовании электромагнитных волн для беспроводной связи, т. е. для передачи с их помощью информации, в последнее десятилетие XIX в. "носилась в воздухе".

Экспериментируя с колебаниями высокой частоты и пытаясь осуществить идею беспроводной передачи высокочастотной энергии, знаменитый ученый Никола Тесла, как никто до него, много сделал в этой новой области электротехники.

Он построил ряд приборов, в частности трансформатор, представляющий высоковольтную индукционную катушку, с искровым разрядником, с настроенной в резонанс вторичной обмоткой, который предполагал применить для возбуждения поднятого высоко над землей проводника-излучателя, обладающего относительно земли определенной емкостью, чтобы вносить изменения в электрическое поле земли и таким образом передавать энергию на расстояние.

Явление резонанса в области электромагнитных колебаний успешно использовалось еще Герцем, который в качестве приемного устройства применил петлевой резонатор, имевший соответствующие размеры и настроенный на частоту электромагнитных волн.

Никола Тесла специально изучал явление электрического резонанса и его особенности. Он представлял себе Землю как большой колебательный контур, где возбуждаются (в месте передающего вибратора) электромагнитные колебания, о которых можно судить в точке приема по токам, наведенным в приемном проводе.

Идеи беспроводной передачи энергии и информации настолько завладели изобретателем, что уже в 1894 г. он в беседе с Ф. Муром говорил: "После того, как осуществят сигнализацию с любой точки на любую другую точку земного шара, следующим шагом будет посылка сигналов к другим планетам".

Николу Тесла многие считают изобретателем радио, но это не так. Излучатель Теслы, несомненно, представлял собой антенную систему, без которой невозможна радиосвязь. Но при этом Тесле не удалось разработать важнейшее звено электромагнитной волновой связи — чувствительный индикатор, приемник колебаний высокой частоты. В дальнейшем в радиоприемной технике начала XX в. нашел применение резонанстрансформатор Теслы.

Повторяя и изучая опыты Герца, многие исследователи поняли одно важное обстоятельство. Если герцевский вибратор электромагнитных волн был для своего времени достаточно удобным и мощным источником излучения, то примененный Герцем резонатор являлся очень несовершенным устройством. Чтобы показывать опыты в большой аудитории, например учебной, нужен был более удобный индикатор электромагнитных волн.

Некоторые ученые занялись поисками таких индикаторов. Наиболее успешными были опыты французского физика Эдуарда Бранли. Он разработал лабораторный прибор для обнаружения электромагнитных волн, который назвал радиокондуктором.

Читайте также:  Не работает кнопка стеклоподъемника ваз 2114

Радиокондуктор Бранли позволял по отклонению стрелки гальванометра судить о приходе электромагнитной волны. Он оказался более удобным и более чувствительным индикатором электромагнитных волн, чем резонатор Герца, и широко применялся в лабораторных опытах.

В 1894 г. английский физик Оливер Лодж опубликовал лекцию, прочитанную им в Лондонском королевском обществе, об открытии Генриха Герца и о своих опытах в этой области, где описал усовершенствованный им радиокондуктор Бранли.

Лодж придал ему удобную форму переносного физического прибора для показа опытов с герцевскими волнами и сделал к нему механическое устройство для встряхивания опилок (часовой механизм, молоточек электрического звонка).

Лодж назвал свой индикатор электромагнитных волн "когерером" — от латинского cohesion — сцепление, спаивание. При этом Лодж не ставил перед собой практических целей в создании радио, а использовали свои изобретения исключительно для применения в учебной лаборатории.

Генрих Герц открыл электромагнитные волны и это его основная заслуга и вклад в физику и электротехнику. Экспериментально электромагнитные волны были обнаружены Герцем в 1888 г., после чего реализовались предпосылки для их использования в беспроводной связи на расстояние. Из всех ученых, занимавшихся опытами с электромагнитными волнами, Никола Тесла и Оливер Лодж, несомненно, ближе других были к изобретению нового средства связи – радио.

По-настоящему его изобретателями являются Александр Попов и Гильермо Маркони, причем, первый по времени его изобрел Попов (7 мая 1895 года), но не запотентовал, а Маркони на свое изобретение получил патент (2 июня 1986 года) и всю свою жизнь посвятил развитию и совершенствованию радиосвязи.

Сам Попов обосновывая свой приоритет, указывал (в отличие от Маркони) на разработку им только радиоприемника, или, как он называл, "прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний" (радиоприемника), и не ставил себе в заслугу создание других звеньев радиосвязи.

У нас изобретателем радио всегда считался Александр Попов, на западе – Гильермо Маркони и споры, кто это сделал первым длятся уже много лет. Но это отдельная история, требующая более подробного рассмотрения.

Дата 22 февраля 1857-го навсегда вошла в летопись физики, именно тогда появился на свет Генрих Рудольф Герц-талантливый исследователь, основоположник динамики, доказавший миру существование электромагнитных волн

Генрих Герц рос в доме юриста, отец мальчика – Густав, адвокат по роду деятельности, со временем дослужился до должности сенатора его родного города Гамбурга. Мать – Бетти Августа, являлась дочерью знатного кельнского магната, основателя банка, который функционирует в Германии до сих пор. Генрих стал первенцем Густава и Бетти, потом у него появились трое младших братьев и сестрёнка.

В детстве мальчик отличался слабым здоровьем, поэтому не любил подвижные игры или физкультуру, зато увлечённо читал книги и учил иностранные языки, тренируя память. Самостоятельно он выучил санскрит и арабский язык. Наряду с гимназией, Генрих ходил по выходным в школу ремёсел, где много времени проводил за чертежами и изучением столярного дела. Ещё в школе он делал попытки создать аппараты и приборы для изучения физики, и эти признаки свидетельствовали о том, что ребёнок стремится к знаниям.

Закончив школу и получив аттестат, юноша продолжил учёбу сначала в Дрездене, а позднее в Мюнхене, знакомился с техническими дисциплинами в столице Германии. Вот только профессия инженера больше не привлекала Генриха, стремление заниматься научной деятельностью одержало победу над всеми сомнениями, и в 1878 году он стал студентом университета в Берлине. Там произошла судьбоносная встреча молодого Герца с талантливым физиком и опытным изобретателем Германом Гельмгольцем. Он заметил выдающиеся способности Генриха и стал его руководителем на практических занятиях. В то время ни магнитное, ни электрическое поле не были полностью исследованы. Считалось, что есть простые флюиды, которые обладают инерцией, и именно от этой инерции в проводнике то появляется, то исчезает электрический ток.

Генрих проводил эксперименты на выявление инерции, но поначалу результата не было. Несмотря на это, в 1879 году его работа получила приз от университета, что послужило толчком для продолжения практических занятий. Юный естествоиспытатель не расстраивался из-за неудач и упорно продолжал свои исследования, которые легли в основу его докторской диссертации. 5 февраля 1889 года Генрих, которому на тот момент было 32 года, защитил ее на «отлично».

В 1882 году молодой научный деятель увлёкся изучением теории упругости и много времени проводил, решая задачи. Тогда же он перебрался в городок Киль – там ему предложили читать лекции по теоретической физике в университете. Три года спустя он получил должность профессора в Высшей школе в Карлсруэ и женился на Елизавете Долль.

Став женатым человеком, Генрих не забросил свои эксперименты. Он продолжал работать над изучением инерции, опираясь на теорию Максвелла, который предположил, что радиоволны такие же быстрые, как скорость света. В течение трёх лет, начиная с 1886 и заканчивая 1889 годом, Герц проводил свои опыты и всё-таки нашёл доказательство, что электромагнитные волны на самом деле существуют.

И хотя молодой физик использовал для своих опытов примитивную аппаратуру, он смог получить на удивление серьёзные результаты. Его работа подтвердила наличие электромагнитных волн, кроме этого он определил скорость, с которой они распространяются, отражаются и преломляются. Это открытие заложило основы современной электродинамики, и за свою работу Генрих Герц был награждён множеством премий. Так в 1889 году Общество наук в Италии-преподнесло ему медаль им. Маттеучи, Академия наук Парижа наградила учёного достойной премией, кроме этого, академия в Вене вручила молодому дарованию премию Баумгартнера. Практически сразу же Генрих становится членом корреспондентом академии наук Берлина, Рима, Вены и Мюнхена. Его именем назвали единицу измерения частоты – Герц.
Знаменитый первооткрыватель опытным путём подтвердил теорию Максвелла – скорость движения волн и скорость распространения света абсолютно идентичны. Выводы, сделанные Генрихом, поистине неоценимы, на их основе впоследствии были созданы беспроводной телеграф, телевидение и радио.

Читайте также:  Вязание крючком для чайников схемы

С именем Генриха связано открытие фотоэффекта. Во время испытаний, ему требовалось специальное освещение, чтобы хорошо видеть искру в процессе проведения экспериментов. Для этого знаменитый физик поставил приёмник внутрь темной коробки, и отметил, что длина искры в коробке становится значительно меньше. Генрих продолжил изучать этот факт, и определил взаимосвязь искры с окружающей средой. Так, например, он установил, что длина искры зависит от материала, из которого сделан экран между приёмником и передатчиком. Одни материалы свободно пропускали электромагнитные волны, а другие материалы их отражали и преломляли. Данное наблюдение позднее стало основой изобретения радара.
Итоги этих экспериментов привели к открытию нового физического явления, получившего название «фотоэффект». Спустя несколько десятков лет Альберт Эйнштейн, продолжив изучать данное явление, объяснил его с точки зрения теории, за что в 1921 году был удостоен Нобелевской премии.

Заключительные годы деятельности немецкого испытателя связаны с написанием серьезного произведения «Принципы механики, изложенные в новой связи». В этой работе автор представил читателям необычный подход к вышеназванной дисциплине. Он доказал основные теоремы механики, а также описал математический аппарат, применив собственный оригинальный метод, известный сегодня как «принцип Герца» (его называют также принципом наименьшей кривизны).

Генрих Герц ушёл из жизни 1 января 1894 года, в Бонне. На тот момент ему исполнилось 36 лет. Причиной смерти послужило заражение крови, явившееся осложнением после перенесённой мигрени. И даже то, что ему было сделано несколько операций, не смогло спасти изобретателя, победить болезнь не удалось.

Похоронили учёного в Гамбурге. Супруга Генриха осталась верна своему любимому и замуж более не вышла. Вместе с двумя их дочерьми – Матильдой и Джоанной вдова ученого в 30-е годы эмигрировала в Англию. Дочери Генриха никогда не были замужем и детей также не имели, по этой причине потомков немецкий исследователь после себя не оставил.

Но фамилия Герц много раз звучала в научных кругах – племянник Генриха – Густав Людвиг Герц тоже связал свою жизнь с физикой и даже получил Нобелевскую премию. Сын Густава, Карл Герц изобрёл сонографию – метод обследования, применяемый в медицине.
В 1930 году Международной Электротехнической комиссией официально была установлена единица измерения – Герц. Открытие удачливого экспериментатора увековечило память о нём и сделало всемирно известным.

За всю историю науки сделано немало открытий. Однако лишь с немногими из них нам приходится сталкиваться каждый день. Невозможно представить себе современную жизнь и без того, что сделал Герц Генрих Рудольф.

Этот немецкий физик стал основоположником динамики и доказал всему миру факт существования электромагнитных волн. Именно благодаря его исследованиям мы пользуемся телевидением и радио, которые прочно вошли в быт каждого человека.

Семья

Генрих Герц родился 22.02.1857 г. Его отец – Густав – по роду своей деятельности был адвокатом, после дослужившимся до сенатора города Гамбурга, в котором и проживала семья. Мать мальчика – Бетти Августа. Она была дочерью известного кельнского основателя банка. Стоит сказать о том, что это учреждение до сих пор функционирует в Германии. Генрих был первенцем Бетти и Густава. Позже в семье появилось еще три мальчика и одна девочка.

Школьные годы

В детстве Генрих Герц был слабым и болезненным мальчиком. Именно поэтому ему не нравились подвижные игры и физические упражнения. Но зато Генрих с огромным увлечением читал различные книги и занимался изучением иностранных языков. Все это способствовало тренировке памяти. Существуют интересные факты биографии будущего ученого, которые говорят о том, что мальчик сумел самостоятельно выучить арабский язык и санскрит.

Студенческие годы

В 1875 г. Генрих Герц получил аттестат зрелости. Это дало ему право поступать в университет. В 1875 г. он уехал в Дрезден, где стал студентом высшего технического училища. На первых порах учеба в этом заведении нравилась юноше. Однако вскоре Генрих Герц осознал, что карьера инженера – это не его призвание. Юноша оставил училище и уехал в Мюнхен, где его приняли сразу на второй курс университета.

Путь в науку

Будучи студентом, Генрих стал стремиться к исследовательской деятельности. Но вскоре молодой человек понял, что получаемых в университете знаний для этого явно недостаточно. Именно поэтому, получив диплом, он поехал в Берлин. Здесь, в столице Германии, Генрих стал студентом университета и устроился работать ассистентом в лабораторию Германа Гельмгольца. Этот крупнейший физик того времени заметил талантливого молодого человека. Вскоре между ними установились хорошие взаимоотношения, позже перешедшие не только в тесную дружбу, но и в научное сотрудничество.

Получение докторской степени

Под руководством знаменитого физика Герц защитил диссертацию, став признанным специалистом в области электродинамики. Именно в этом направлении им впоследствии были сделаны фундаментальные открытия, обессмертившие имя ученого.

В те годы еще не было изучено ни электрическое, ни магнитное поле. Ученые полагали, что существуют простые флюиды. Они якобы и обладают инерцией, благодаря которой в проводнике появляется и исчезает электрический ток.

Руководство собственной лабораторией

Генрих Герц, биография которого как ученого не закончилась на защите диссертации, какое-то время продолжал свои теоретические исследования в физическом институте, находящемся при Берлинском университете. Однако вскоре он понял, что его все больше и больше начинают привлекать эксперименты.

В 1883 г. по рекомендации Гельмгольца молодой ученый получил новую должность. Он стал доцентом в Киле. Спустя шесть лет после этого назначения Герц дослужился до профессора физики, начав свою работу в г. Карлсруэ, где находилась Высшая техническая школа. Здесь впервые Герц получил свою собственную экспериментальную лабораторию, что обеспечило ему свободу творчества и возможность заниматься интересующими его экспериментами. Основным направлением исследований ученого стала область изучения быстрых электрических колебаний. Это были вопросы, над которыми Герц трудился, еще будучи студентом.

Получение доказательств научных открытий

Несмотря на женитьбу, ученый Генрих Герц не забросил свою работу. Он продолжал проводить исследования по изучению инерции. В своих научных разработках Герц опирался на теорию, выдвинутую Максвеллом, согласно которой скорость радиоволн должна быть аналогичной скорости света. В период с 1886 по 1889 гг. Герц провел многочисленные опыты в этом направлении. В результате ученый доказал факт существования электромагнитных волн.

Читайте также:  Радиостанция полет 1 содержание драгметаллов

Несмотря на то что для своих опытов молодой физик пользовался примитивной аппаратурой, ему удалось получить достаточно серьезные результаты. Работа Герца стала не только подтверждением наличия электромагнитных волн. Ученый определил и скорость их распространения, преломления и отражения.

Кроме того, всем нам известен герц – единица измерения частоты, названная в честь знаменитого первооткрывателя. Одновременно с этим Генрих стал членом-корреспондентом в академиях наук Рима, Берлина, Мюнхена и Вены. Те выводы, которые сделал ученый, поистине неоценимы. Благодаря тому, что открыл Генрих Герц, изобретения, такие как беспроводной телеграф, радио и телевидение, стали впоследствии возможными для человечества. И сегодня без них нельзя представить себе нашу жизнь. А герц – единица измерения, знакомая каждому из нас со школьной скамьи.

Открытие фотоэффекта

С 1887 года ученые стали пересматривать свои теоретические представления о природе света. И произошло это благодаря исследованиям Генриха Герца. Проводя работы с открытым резонатором, знаменитый физик обратил внимание на то, что при освещении разрядников ультрафиолетом в значительной мере облегчается прохождение между ними искры. Такой фотоэффект был тщательно проверен русским физиком А. Г. Столетовым в 1888-1890 гг. Оказалось, что данное явление вызвано устранением с металлических поверхностей отрицательного электричества в связи с воздействием на них ультрафиолетового света.

Генрих Герц – физик, открывший явление (позже оно было объяснено Альбертом Эйнштейном), которое на сегодняшний день находит широкое применение в технике. Так, на фотоэффекте основывается действие фотоэлементов, с помощью которых возможно получение электричества из солнечного света. Такие устройства особенно актуальны в условиях космоса, где нет иных источников энергии. Также с помощью фотоэлементов с кинопленки воспроизводится записанный звук. И это еще не все.

Сегодня ученые научились комбинировать фотоэлементы с реле, что привело к созданию различных «видящих» автоматов. Эти устройства способны автоматически закрывать и открывать двери, выключать и включать осветительные приборы, сортировать предметы и т. д.

Метеорология

К этой области науки Герц всегда испытывал глубокий интерес. И хотя углубленно метеорологию ученый не исследовал, им был написан ряд статей, касающихся данной темы. Это был период, когда физик работал в Берлине помощником Гельмгольца. Также Герцем были проведены исследования, касающиеся испарения жидкостей, определения свойств подвергнутого адиабатным изменениям сырого воздуха, получения нового графического средства и гигрометра.

Механика контакта

Наибольшую популярность Герцу принесли открытия в области электродинамики. В 1881-1882 гг. ученый публиковал две статьи на тему механики контакта. Эта работа имела огромное значение. Ее итогом стали результаты, в основе которых лежала классическая теория эластичности и механики континуума. Развивая данную теорию, Герц наблюдал за кольцами Ньютона, которые образуются в результате размещения на линзе стеклянной сферы. На сегодняшний день эта теория несколько пересмотрена, и на ней базируются все существующие модели контакта перехода при предсказаниях параметров наносдвигов.

Искровой радиоприемник Герца

Это изобретение ученого явилось предшественником дипольной антенны. Радиоприемник Герца был создан из одновитковой катушки индуктивности, а также из сферического конденсатора, в котором был оставлен воздушный промежуток для искры. Аппарат был помещен физиком в затемненную коробку. Это позволяло лучше увидеть искру. Однако такой опыт Генриха Герца показал, что в коробке длина искры значительно уменьшалась. Тогда ученый убрал стеклянную панель, которая была размещена между приемником и источником электромагнитных волн. Длина искры при этом увеличилась. Чем было вызвано данное явление, Герц объяснить не успел.

И только позже, благодаря развитию науки, открытия ученого были окончательно поняты другими и стали основой зарождения «беспроводной эры». В целом, все электромагнитные эксперименты Герца объяснили поляризацию, преломление, отражение, вмешательство, а также скорость, которой обладают электромагнитные волны.

Эффект луча

В 1892 г. на основании своих экспериментов Герц продемонстрировал прохождение катодных лучей сквозь тонкую фольгу, изготовленную из металла. Этот «эффект луча» был более полно исследован студентом великого физика Филипом Ленардом. Им же была развита теория катодной трубки и изучено проникновение различных материалов рентгенами. Все это стало основой величайшего изобретения, которое широко используется и сегодня. Это было открытие рентгена, сформулированное с использованием электромагнитной теории света.

Память о великом ученом

В 1892 году Герц перенес серьезную мигрень, после которой у него была диагностирована инфекция. Ученого несколько раз прооперировали, пытаясь избавить от недуга. Однако в возрасте тридцати шести лет Герц Генрих Рудольф скончался от заражения крови. До самых последних дней знаменитый физик работал над своим трудом «Принципы механики, изложенные в новой связи». В этой книге Герц пытался осмыслить свои открытия, наметив дальнейшие пути изучения электрических явлений.

После смерти ученого данный труд был завершен и подготовлен к изданию Германом Гельмгольцем. В предисловии к этой книге он указал на то, что Герц являлся самым талантливым из его учеников, и что его открытия впоследствии определят развитие науки. Эти слова стали пророческими. Интерес к открытиям ученого появился у исследователей уже спустя несколько лет после его смерти. А в 20 веке на основе работ Герца стали развиваться практически все направления, которые принадлежат современной физике.

В 1925 г. за открытие законов о соударении электронов с атомом ученый был награжден Нобелевской премией. Получил ее племянник великого физика – Густав Людвиг Герц. В 1930 г. Международная Электротехническая комиссия приняла новую единицу системы измерения. Ею стал Герц (Гц). Это частота, соответствующая одному периоду колебаний в течение секунды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector