Heinrich Rudolf Hertz ( / h ɜːr t s / HURTS ; alemán: [ˈhaɪnʁɪç ˈhɛʁts] ; [1] [2] 22 de febrero de 1857 - 1 de enero de 1894) fue un físico alemán que primero demostró de manera concluyente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por James. Clerk Maxwell 's ecuaciones del electromagnetismo . La unidad de frecuencia, ciclo por segundo , se denominó " hercios " en su honor. [3]
Heinrich Hertz | |
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Nació | Heinrich Rudolf Hertz 22 de febrero de 1857 |
Fallecido | 1 de enero de 1894 | (36 años)
alma mater | Universidad de Munich Universidad de Berlín |
Conocido por | Mecánica de contacto Radiación electromagnética Emagram Antena parabólica Efecto fotoeléctrico Cono hertziano Antena dipolo hertziano Vector de Hertz Ecuación de Hertz -Knudsen Principio de curvatura mínima de Hertz |
Premios | Medalla Matteucci (1888) Medalla Rumford (1890) |
Carrera científica | |
Campos | Electromagnetismo Ingeniería eléctrica Mecánica de contacto |
Instituciones | Universidad de Kiel Universidad de Karlsruhe Universidad de Bonn |
Asesor de doctorado | Hermann von Helmholtz |
Estudiantes de doctorado | Vilhelm Bjerknes |
Firma | |
Biografía
Heinrich Rudolf Hertz nació en 1857 en Hamburgo , entonces un estado soberano de la Confederación Alemana , en una familia hanseática próspera y culta . Su padre era Gustav Ferdinand Hertz . [4] Su madre era Anna Elisabeth Pfefferkorn.
Mientras estudiaba en la Gelehrtenschule des Johanneums en Hamburgo, Hertz mostró aptitud para las ciencias y los idiomas, aprendiendo árabe y sánscrito . Estudió ciencias e ingeniería en las ciudades alemanas de Dresde , Munich y Berlín , donde estudió con Gustav R. Kirchhoff y Hermann von Helmholtz . En 1880, Hertz obtuvo su doctorado en la Universidad de Berlín , y durante los siguientes tres años permaneció para estudios posdoctorales con Helmholtz, sirviendo como su asistente. En 1883, Hertz tomó un puesto como profesor de física teórica en la Universidad de Kiel . En 1885, Hertz se convirtió en profesor titular en la Universidad de Karlsruhe .
En 1886, Hertz se casó con Elisabeth Doll, la hija de Max Doll, profesor de geometría en Karlsruhe. Tuvieron dos hijas: Johanna, nacida el 20 de octubre de 1887 y Mathilde , nacida el 14 de enero de 1891, que se convirtió en una notable bióloga. Durante este tiempo, Hertz llevó a cabo su investigación histórica sobre ondas electromagnéticas.
Hertz asumió el cargo de profesor de física y director del Instituto de Física de Bonn el 3 de abril de 1889, cargo que ocupó hasta su muerte. Durante este tiempo trabajó en mecánica teórica con su trabajo publicado en el libro Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt ( Los principios de la mecánica presentados en una nueva forma ), publicado póstumamente en 1894.
Muerte
En 1892, a Hertz se le diagnosticó una infección (después de un ataque de migrañas severas ) y se sometió a operaciones para tratar la enfermedad. Murió luego de complicaciones en una cirugía en un intento por arreglar su condición que estaba causando estas migrañas, que algunos consideran que fue una condición ósea maligna. [5] Murió a la edad de 36 años en Bonn , Alemania en 1894, y fue enterrado en el cementerio de Ohlsdorf en Hamburgo. [6] [7] [8]
La esposa de Hertz, Elisabeth Hertz (de soltera Doll; 1864-1941), no se volvió a casar. Hertz dejó dos hijas, Johanna (1887-1967) y Mathilde (1891-1975). Las hijas de Hertz nunca se casaron y él no tiene descendientes. [9]
Trabajo científico
Ondas electromagnéticas
En 1864, el físico matemático escocés James Clerk Maxwell propuso una teoría integral del electromagnetismo, ahora llamada ecuaciones de Maxwell . La teoría de Maxwell predijo que los campos eléctricos y magnéticos acoplados podrían viajar a través del espacio como una " onda electromagnética ". Maxwell propuso que la luz consistía en ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, pero nadie había podido probarlo, ni generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda.
Durante los estudios de Hertz en 1879, Helmholtz sugirió que la disertación de doctorado de Hertz tratara de probar la teoría de Maxwell. Helmholtz también había propuesto el problema del "Premio Berlín" ese año en la Academia de Ciencias de Prusia para cualquiera que pudiera probar experimentalmente un efecto electromagnético en la polarización y despolarización de los aislantes , algo que predijo la teoría de Maxwell. [11] [12] Helmholtz estaba seguro de que Hertz era el candidato más probable para ganarlo. [12] Al no ver ninguna forma de construir un aparato para probar esto experimentalmente, Hertz pensó que era demasiado difícil y, en su lugar , trabajó en la inducción electromagnética . Hertz produjo un análisis de las ecuaciones de Maxwell durante su tiempo en Kiel, mostrando que tenían más validez que las entonces prevalecientes teorías de la " acción a distancia ". [13]
Después de que Hertz recibió su cátedra en Karlsruhe, estaba experimentando con un par de espirales de Riess en el otoño de 1886 cuando notó que al descargar una jarra de Leyden en una de estas bobinas se producía una chispa en la otra. Con una idea sobre cómo construir un aparato, Hertz ahora tenía una manera de proceder con el problema del "Premio de Berlín" de 1879 para probar la teoría de Maxwell (aunque el premio real había expirado sin haber sido recolectado en 1882). [14] [15] Usó una antena dipolo que consta de dos cables colineales de un metro con un espacio de chispa entre sus extremos internos y esferas de zinc unidas a los extremos externos para capacitancia , como un radiador. La antena fue excitada por pulsos de alto voltaje de aproximadamente 30 kilovoltios aplicados entre los dos lados de una bobina de Ruhmkorff . Recibió las ondas con una antena resonante de bucle único con un espacio de chispa micrométrico entre los extremos. Este experimento produjo y recibió lo que ahora se llama ondas de radio en el rango de frecuencia muy alta .
Entre 1886 y 1889, Hertz llevó a cabo una serie de experimentos que probarían que los efectos que estaba observando eran resultados de las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell. A partir de noviembre de 1887 con su artículo "Sobre los efectos electromagnéticos producidos por perturbaciones eléctricas en aisladores", Hertz envió una serie de artículos a Helmholtz en la Academia de Berlín, incluidos artículos en 1888 que mostraban ondas electromagnéticas transversales en el espacio libre viajando a una velocidad finita sobre un distancia. [15] [16] En el aparato que usaba Hertz, los campos eléctricos y magnéticos se irradiaban desde los cables como ondas transversales . Hertz había colocado el oscilador a unos 12 metros de una placa reflectante de zinc para producir ondas estacionarias . Cada ola tenía unos 4 metros de largo. [ cita requerida ] Usando el detector de anillo, registró cómo variaba la magnitud de la onda y la dirección del componente. Hertz midió las ondas de Maxwell y demostró que la velocidad de estas ondas era igual a la velocidad de la luz. La intensidad del campo eléctrico , la polarización y la reflexión de las ondas también se midieron por Hertz. Estos experimentos establecieron que la luz y estas ondas eran una forma de radiación electromagnética que obedecía a las ecuaciones de Maxwell.
Hertz no se dio cuenta de la importancia práctica de sus experimentos con ondas de radio . Afirmó que, [18] [19] [20]
- " No sirve de nada en absoluto [...] esto es sólo un experimento que demuestra que el maestro Maxwell tenía razón: solo tenemos estas misteriosas ondas electromagnéticas que no podemos ver a simple vista. Pero están ahí " .
Cuando se le preguntó acerca de las aplicaciones de sus descubrimientos, Hertz respondió: [18] [21]
- " Nada, supongo ."
La prueba de Hertz de la existencia de ondas electromagnéticas transportadas por el aire llevó a una explosión de experimentación con esta nueva forma de radiación electromagnética, que se denominó "ondas hertzianas" hasta alrededor de 1910, cuando el término " ondas de radio " se hizo corriente. En 10 años, investigadores como Oliver Lodge , Ferdinand Braun y Guglielmo Marconi emplearon ondas de radio en los primeros sistemas de comunicación por radio de telegrafía inalámbrica , que condujeron a la radiodifusión y más tarde a la televisión. En 1909, Braun y Marconi recibieron el Premio Nobel de Física por sus "contribuciones al desarrollo de la telegrafía inalámbrica". [22] Hoy en día, la radio es una tecnología esencial en las redes de telecomunicaciones mundiales y el medio de transmisión subyacente a los dispositivos inalámbricos modernos. [23] [24]
Rayos catódicos
En 1892, Hertz comenzó a experimentar y demostró que los rayos catódicos podían penetrar láminas de metal muy delgadas (como el aluminio). Philipp Lenard , un estudiante de Heinrich Hertz, investigó más a fondo este " efecto de rayo ". Desarrolló una versión del tubo catódico y estudió la penetración por rayos X de varios materiales. Philipp Lenard, sin embargo, no se dio cuenta de que estaba produciendo radiografías. Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. Se formó sobre la base de la teoría electromagnética de la luz ( Annalen de Wiedmann , Vol. XLVIII). Sin embargo, no trabajó con radiografías reales.
Efecto fotoeléctrico
Hertz ayudó a establecer el efecto fotoeléctrico (que luego fue explicado por Albert Einstein ) cuando notó que un objeto cargado pierde su carga más fácilmente cuando es iluminado por radiación ultravioleta (UV). En 1887, hizo observaciones del efecto fotoeléctrico y de la producción y recepción de ondas electromagnéticas (EM), publicadas en la revista Annalen der Physik . Su receptor consistía en una bobina con un espacio de chispa , por lo que se veía una chispa al detectar ondas EM. Colocó el aparato en una caja oscura para ver mejor la chispa. Observó que la longitud máxima de la chispa se redujo cuando estaba en la caja. Un panel de vidrio colocado entre la fuente de ondas EM y el receptor absorbió los rayos UV que ayudaron a los electrones a saltar a través del espacio. Cuando se quita, la longitud de la chispa aumentaría. No observó una disminución en la longitud de la chispa cuando sustituyó el cristal por cuarzo, ya que el cuarzo no absorbe la radiación ultravioleta. Hertz concluyó sus meses de investigación e informó los resultados obtenidos. No prosiguió con la investigación de este efecto, ni intentó explicar cómo se produjo el fenómeno observado.
Mecánicos de contacto
En 1886-1889, Hertz publicó dos artículos sobre lo que se conocería como el campo de la mecánica de contacto , que resultó ser una base importante para las teorías posteriores en el campo. Joseph Valentin Boussinesq publicó algunas observaciones de importancia crítica sobre el trabajo de Hertz, sin embargo, estableció que este trabajo sobre la mecánica de contacto es de inmensa importancia. Su trabajo básicamente resume cómo dos objetos axi-simétricos colocados en contacto se comportarán bajo carga , obtuvo resultados basados en la teoría clásica de la elasticidad y la mecánica del continuo . El defecto más significativo de su teoría fue el descuido de cualquier tipo de adhesión entre los dos sólidos, lo que resulta ser importante a medida que los materiales que componen los sólidos comienzan a asumir una alta elasticidad. Sin embargo, era natural descuidar la adhesión en ese momento, ya que no había métodos experimentales para probarla.
Para desarrollar su teoría, Hertz utilizó su observación de los anillos elípticos de Newton formados al colocar una esfera de vidrio sobre una lente como base para suponer que la presión ejercida por la esfera sigue una distribución elíptica . Volvió a utilizar la formación de los anillos de Newton mientras validaba su teoría con experimentos para calcular el desplazamiento que tiene la esfera en la lente. Kenneth L. Johnson , K. Kendall y AD Roberts (JKR) utilizaron esta teoría como base al calcular el desplazamiento teórico o la profundidad de sangría en presencia de adhesión en 1971. [25] La teoría de Hertz se recupera de su formulación si la adhesión de se supone que los materiales son cero. De manera similar a esta teoría, sin embargo, utilizando diferentes supuestos, BV Derjaguin , VM Muller e YP Toporov publicaron otra teoría en 1975, que llegó a ser conocida como la teoría DMT en la comunidad de investigadores, que también recuperó las formulaciones de Hertz bajo el supuesto de adhesión cero. Esta teoría DMT resultó ser prematura y necesitó varias revisiones antes de que fuera aceptada como otra teoría del contacto material además de la teoría JKR. Tanto la teoría de DMT como la de JKR forman la base de la mecánica de contacto en la que se basan todos los modelos de contacto de transición y se utilizan en la predicción de parámetros de materiales en nanoindentación y microscopía de fuerza atómica . Estos modelos son fundamentales para el campo de la tribología y Duncan Dowson lo nombró como uno de los 23 "Hombres de Tribología" . [26] La investigación de Hertz desde su época de conferenciante, que precedió a su gran trabajo sobre electromagnetismo, que él mismo consideraba trivial con su característica sobriedad, ha facilitado la era de la nanotecnología .
Hertz también describió el " cono de Hertz ", un tipo de modo de fractura en sólidos frágiles causado por la transmisión de ondas de tensión.
Meteorología
Hertz siempre tuvo un profundo interés por la meteorología , probablemente derivado de sus contactos con Wilhelm von Bezold (quien fue su profesor en un curso de laboratorio en el Politécnico de Munich en el verano de 1878). Como asistente de Helmholtz en Berlín , contribuyó con algunos artículos menores en el campo, incluida la investigación sobre la evaporación de líquidos, [27] un nuevo tipo de higrómetro y un medio gráfico para determinar las propiedades del aire húmedo cuando se somete a adiabáticos. cambios. [28]
Persecución nazi
Heinrich Hertz fue luterano durante toda su vida y no se habría considerado judío, ya que toda la familia de su padre se había convertido al luteranismo [29] cuando su padre todavía estaba en su infancia (siete años) en 1834. [30]
Sin embargo, cuando el régimen nazi ganó el poder décadas después de la muerte de Hertz, sus funcionarios quitaron su retrato de su prominente posición de honor en el Ayuntamiento de Hamburgo ( Rathaus ) debido a su ascendencia en parte judía. (Desde entonces, la pintura ha sido devuelta a la exhibición pública. [31] )
La viuda y las hijas de Hertz dejaron Alemania en la década de 1930 y se establecieron en Inglaterra.
Legado y honores
El sobrino de Heinrich Hertz, Gustav Ludwig Hertz, fue ganador del Premio Nobel, y el hijo de Gustav, Carl Helmut Hertz, inventó la ecografía médica . Su hija Mathilde Carmen Hertz fue una reconocida bióloga y psicóloga comparada. El sobrino nieto de Hertz, Hermann Gerhard Hertz, profesor de la Universidad de Karlsruhe , fue un pionero de la espectroscopia de RMN y en 1995 publicó las notas de laboratorio de Hertz. [32]
La unidad SI hercios (Hz) fue establecida en su honor por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1930 para la frecuencia , una expresión del número de veces que ocurre un evento repetido por segundo. Fue adoptado por la CGPM (Conférence générale des poids et mesures) en 1960, reemplazando oficialmente el nombre anterior, " ciclos por segundo " (cps).
En 1928 se fundó en Berlín el Instituto Heinrich-Hertz para la Investigación de la Oscilación . Hoy conocido como Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones, Instituto Heinrich Hertz, HHI .
En 1969, en Alemania Oriental , se echó una medalla conmemorativa de Heinrich Hertz [33] . La Medalla IEEE Heinrich Hertz, establecida en 1987, es " por logros sobresalientes en ondas hertzianas [...] presentados anualmente a un individuo por logros que son de naturaleza teórica o experimental ".
En 1980, en Italia, se fundó en el barrio de Cinecittà Est, en Roma, una escuela secundaria denominada "Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz".
Un cráter que se encuentra en el lado opuesto de la Luna , justo detrás del limbo oriental, recibe su nombre en su honor . El mercado de Hertz para productos de radioelectrónica en Nizhny Novgorod , Rusia, lleva su nombre. La torre de radiocomunicaciones Heinrich-Hertz-Turm en Hamburgo lleva el nombre del famoso hijo de la ciudad.
Hertz es honrado por Japón con una membresía en la Orden del Tesoro Sagrado , que tiene múltiples niveles de honor para personas prominentes, incluidos los científicos. [34]
Heinrich Hertz ha sido honrado por varios países de todo el mundo en sus problemas de franqueo, y en tiempos posteriores a la Segunda Guerra Mundial también ha aparecido en varios temas de sellos alemanes.
En su cumpleaños en 2012, Google honró a Hertz con un doodle de Google , inspirado en el trabajo de su vida, en su página de inicio. [35] [36]
Ver también
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Referencias
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Otras lecturas
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- Hertz, HR "Ueber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung", Annalen der Physik , vol. 267, no. 8, pág. 983–1000, junio de 1887 doi : 10.1002 / andp.18872670827
- Hertz, HR "Ueber die Einwirkung einer geradlinigen electrischen Schwingung auf eine benachbarte Strombahn", Annalen der Physik , vol. 270, no. 5, pág. 155-170, marzo de 1888 doi : 10.1002 / andp.18882700510
- Hertz, HR "Ueber die Ausbreitungsgeschwindigkeit der electrodynamischen Wirkungen", Annalen der Physik , vol. 270, no. 7, pág. 551–569, mayo de 1888 doi : 10.1002 / andp.18882700708
- Hertz, HR (1899) The Principles of Mechanics Presented in a New Form , Londres, Macmillan, con una introducción de Hermann von Helmholtz (traducción al inglés de Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt , Leipzig, publicado póstumamente en 1894).
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- Naughton, Russell. "Heinrich Rudolph (alt: Rudolf) Hertz, Dr: 1857-1894" (consultado el 27 de enero de 2008)
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- Lodge, Oliver Joseph. (1900). Señalización a través del espacio sin cables mediante ondas eléctricas: una descripción del trabajo de [Heinrich] Hertz y sus sucesores. reimpreso por Arno Press, Nueva York, 1974. ISBN 0-405-06051-3
- Maugis, Daniel. (2000). Contacto, Adhesión y Rotura de Sólidos Elásticos. Nueva York: Springer-Verlag. ISBN 3-540-66113-1
- Susskind, Charles. (1995). Heinrich Hertz: Una vida corta. San Francisco: San Francisco Press. ISBN 0-911302-74-3
enlaces externos
Medios relacionados con Heinrich Rudolf Hertz en Wikimedia CommonsCitas relacionadas con Heinrich Hertz en Wikiquote
- . Encyclopædia Britannica (11ª ed.). 1911.
- Recortes de periódicos sobre Heinrich Hertz en los archivos de prensa del siglo XX de la ZBW