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海因里希·魯道夫·赫茲是德國物理學(xué)家，他在電磁學(xué)方面做出了重要的貢獻，并于1888年首次證實(shí)了電磁波的存在。赫茲的研究對于電磁學(xué)的發(fā)展有著(zhù)很大的影響，并且被廣泛應用于通訊、導航、無(wú)線(xiàn)電等領(lǐng)域。為了紀念他的成就，頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。總的來(lái)說(shuō)，海因里希·魯道夫·赫茲是一位杰出的物理學(xué)家，他的工作對于電磁學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展都有著(zhù)重要的影響。海因里希·魯道夫·赫茲
德國物理學(xué)家
海因里希·魯道夫·赫茲（Heinrich Rudolf Hertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德國物理學(xué)家，于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在。并對電磁學(xué)有很大的貢獻，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。
基本信息
| 別名 | 赫茲 |
| 出生日期 | 1857年2月22日 |
| 出生地 | 德國漢堡 |
| 去世日期 | 1894年1月1日 |
| 民族 | 猶太人 |
展開(kāi)
人物生平
天才出世
婚姻生活
赫茲和他的夫人孩子
小學(xué)校的實(shí)驗經(jīng)費少得可憐，他卻一點(diǎn)一滴造出一間精密的電磁實(shí)驗室。系上教三角學(xué)的多爾(Max Doll)教授很欣賞他，知道這個(gè)年輕人身上有一種不與人比較的風(fēng)骨；他請 赫茲來(lái)家里坐坐，把女兒伊利沙白(Elisabeth Doll)介紹給他。
伊利沙白后來(lái)寫(xiě)下：『 赫茲在星光下有一種近乎驕傲的自信。他自認是全世界唯一了解星光是什么的人，在他看來(lái)滿(mǎn)天的星光是不同的光體，規律地發(fā)出不同頻率的電磁波來(lái)到地上…… 在他的說(shuō)明中，星夜不只是美麗的，而且是規則準確的。』 赫茲的自信沒(méi)有錯，十九世紀全世界最懂電磁波實(shí)驗的有兩人，一位是法拉第(Michael Faraday)，另一位就是 赫茲。
赫茲（右二）和他的父母及他的兄弟姐妹
科學(xué)研究
赫茲（左一）和他的母親哥哥
赫茲
1885年他獲得卡爾斯魯厄大學(xué)正教授資格，并在那里發(fā)現電磁波。 1885年，吉爾大學(xué)準備晉升赫茲為副教授，但他不愿獲得一個(gè)純理論物理學(xué)家的職位。正在此時(shí)，卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)準備給予赫茲物理學(xué)教授職位。考慮到該大學(xué)有較好的物理研究所，于是他便來(lái)到了卡爾斯魯厄大學(xué)。起初赫茲在卡爾斯魯厄感到有些孤獨，并對自己未來(lái)的研究沒(méi)有把握。但在隨后的時(shí)間里，赫茲完成了兩件大事。1886年7月，在經(jīng)過(guò)三個(gè)月的求婚之后，赫茲與一位同事的女兒伊利莎白·多爾(Elisabeth Doll)完婚。隨后，赫茲著(zhù)手并最終完成了那個(gè)給他帶來(lái)世界性聲譽(yù)的電磁波實(shí)驗。
簽名
赫茲
海因里希·魯道夫·赫茲
赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時(shí)，受赫爾姆霍茲之鼓勵研究麥克斯韋電磁理論，當時(shí)德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時(shí)傳送的理論。因此赫茲就決定以實(shí)驗來(lái)證實(shí)韋伯與麥克斯韋理論誰(shuí)的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動(dòng)能輻射電磁波。赫茲根據電容器經(jīng)由電火花隙會(huì )產(chǎn)生振蕩原理，設計了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應線(xiàn)圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當感應線(xiàn)圈的電流突然中斷時(shí)，其感應高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后，電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩，頻率高達數百萬(wàn)周。由麥克斯韋理論，此火花應產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設計了一簡(jiǎn)單的檢波器來(lái)探測此電磁波。他將一小段導線(xiàn)彎成圓形，線(xiàn)的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙。因電磁波應在此小線(xiàn)圈上產(chǎn)生感應電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內，檢波器距振蕩器10米遠，結果他發(fā)現檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重疊應產(chǎn)生駐波，他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測加以證實(shí)。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長(cháng)，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無(wú)上的光彩。赫茲在實(shí)驗時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見(jiàn)光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場(chǎng)平行于振蕩器的導線(xiàn)，而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著(zhù)名的演說(shuō)中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開(kāi)始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號送到大西洋彼岸的美國。20世紀無(wú)線(xiàn)電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無(wú)線(xiàn)電、電視和雷達的發(fā)展找到了途徑。
英年早逝
1894年37歲的赫茲因為敗血癥在波恩英年早逝。他的侄子古斯塔夫·路德維格·赫茲是諾貝爾獎獲得者，古斯塔夫的兒子卡爾·海爾莫斯·赫茲創(chuàng )立了超聲影像醫學(xué)。
在1892年，赫茲被診斷出感染了韋格納肉芽腫(發(fā)病時(shí)會(huì )經(jīng)歷劇烈的頭痛)，而他試著(zhù)去治療這種疾病。在1894年，赫茲在德國波恩不幸離世，享年36歲，他死后被埋在Ohlsdorf漢堡的猶太墓地。赫茲死后留下了他的妻子伊麗莎白?赫茲（原名：伊麗莎白?道歐）和兩名女兒?jiǎn)贪材群同數贍柕隆６钠拮釉谒篮蟛](méi)有改嫁。 1930那年代，希特勒崛起，他的妻子和兩名女兒也從德國搬到英國。 1960年，查爾斯薩?斯坎德拜訪(fǎng)了瑪蒂爾德?赫茲，詢(xún)問(wèn)有關(guān)她父親的事，并在不久之后出版了一本有關(guān)海因里希?赫茲的書(shū)。根據查爾斯薩的書(shū)指出，赫茲的兩名女兒都沒(méi)有結婚，因此他沒(méi)有任何后裔。
主要貢獻
赫茲實(shí)驗
赫茲對人類(lèi)文明作出了很大貢獻，正當人們對他寄以更大期望時(shí)，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀念他的功績(jì)，人們用他的名字來(lái)命名各種波動(dòng)頻率的單位，簡(jiǎn)稱(chēng)“赫”。赫茲也是是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動(dòng)重復次數的計量。赫茲的名字來(lái)自于德國物理學(xué)家海因里希·魯道夫·赫茲。其符號是Hz。電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應用中，用作信號傳輸的一般都是交流電。呈正弦變化的交流電信號，隨著(zhù)時(shí)間的變化，其幅度時(shí)正、時(shí)負，以一定的能量和速度向前傳播。通常，我們把上述正弦波幅度在1秒鐘內的重復變化次數稱(chēng)為信號的“頻率”，用f表示；而把信號波形變化一次所需的時(shí)間稱(chēng)作“周期”，用T表示，以秒為單位。波行進(jìn)一個(gè)周期所經(jīng)過(guò)的距離稱(chēng)為“波長(cháng)”，用λ表示，以米為單位。f、T和λ存在如下關(guān)系： f=1/T ，v=λ.f ，其中，v是電磁波的傳播速度，等于3x10^8米/秒。頻率的單位是赫茲，簡(jiǎn)稱(chēng)赫，以符號Hz表示。
赫茲（H·Hertz）是德國著(zhù)名的物理學(xué)家，1887年，是他通過(guò)實(shí)驗證實(shí)了電磁波的存在。后人為了紀念他，把“赫茲”定為頻率的單位。常用的頻率單位還有千赫（KHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）等。在載帶信息的電信號中，有時(shí)會(huì )包含多種頻率成分；將所有這些成分在頻率軸上的位置標示出來(lái)，并表示出每種成分在功率或電壓上的大小，這就是信號的“頻譜”。它所占據的頻率范圍就叫做信號的頻帶范圍。例如，在電話(huà)通信中，話(huà)音信號的頻率范圍是300～3400赫；在調頻(FM）廣播中，聲音的頻率范圍是40赫～15千赫，電視廣播信號的頻率范圍是0～4.2兆赫等。
波動(dòng)方程
赫茲
光電效應
光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類(lèi)光致電變的現象被人們統稱(chēng)為光電效應。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。光波長(cháng)小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，即極限波長(cháng)，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長(cháng)而與光強度無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)無(wú)法用光的波動(dòng)性解釋。還有一點(diǎn)與光的波動(dòng)性相矛盾，即光電效應的瞬時(shí)性，按波動(dòng)性理論，如果入射光較弱，照射的時(shí)間要長(cháng)一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實(shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長(cháng)有關(guān)的嚴格規定的能量單位（即光子或光量子）所組成。這種解釋為愛(ài)因斯坦所提出。光電效應由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現，對發(fā)展量子理論起了根本性作用，在光的照射下，使物體中的電子脫出的現象叫做光電效應（Photoelectric effect）。光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現象發(fā)生在物體表面，又稱(chēng)外光電效應。后兩種現象發(fā)生在物體內部，稱(chēng)為內光電效應。光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無(wú)關(guān)，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì )對電子射出方向產(chǎn)生影響。hυ=(1/2)mv^2+I+W 式中（1/2)mv^2是脫出物體的光電子的初動(dòng)能。金屬內部有大量的自由電子，這是金屬的特征，因而對于金屬來(lái)說(shuō)，I項可以略去，愛(ài)因斯坦方程成為 hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυ光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉換成一個(gè)個(gè)放大了的電脈沖，然后送到電子線(xiàn)路去，記錄下來(lái)。算式在以愛(ài)因斯坦方式量化分析光電效應時(shí)使用以下算式：光子能量= 移出一個(gè)電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動(dòng)能 代數形式：hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數，h = 6.63 ×10^-34 J·s，f是入射光子的頻率，φ是功函數，從原子鍵結中移出一個(gè)電子所需的最小能量，f0是光電效應發(fā)生的閥值頻率，Em是被射出的電子的最大動(dòng)能，m是被發(fā)射電子的靜止質(zhì)量，v是被發(fā)射電子的速度，如果光子的能量（hf）不大于功函數（φ），就不會(huì )有電子射出。功函數有時(shí)又以W標記。這個(gè)算式與觀(guān)察不符時(shí)（即沒(méi)有射出電子或電子動(dòng)能小于預期），可能是因為系統沒(méi)有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。愛(ài)因斯坦因成功解釋了光電效應而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。
接觸力學(xué)
接觸力學(xué)是研究相互接觸的物體之間如何變形的一門(mén)學(xué)科。赫茲1882年發(fā)表了關(guān)于接觸力學(xué)的著(zhù)名文章“關(guān)于彈性固體的接觸(On the contact of elastic solids)”，赫茲進(jìn)行這方面研究的初衷是為了理解外力如何導致材料光學(xué)性質(zhì)的改變。為了發(fā)展他的理論，赫茲用一個(gè)玻璃球放置在一個(gè)棱鏡上，他首先觀(guān)察到這個(gè)系統形成了橢圓形的牛頓環(huán)，以此實(shí)驗觀(guān)察，赫茲假設玻璃球對棱鏡施加的壓力也為橢圓分布。隨后他根據壓力分布計算了玻璃球導致的棱鏡的位移并反算出牛頓環(huán)，以此再和實(shí)驗觀(guān)察對比以檢驗理論的正確性。最后赫茲得到了接觸應力和法向加載力，接觸體的曲率半徑，以及彈性模量之間的關(guān)系。赫茲的方程是研究疲勞，摩擦以及任何有接觸體之間相互作用的基本方程。
赫茲接觸理論的主要缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮兩個(gè)接觸體之間的結合力。這一問(wèn)題在1971年 K. L. Johnson K. Kendall 和 A. D. Roberts解決，他們提出了最后以三人名字命名的JKR接觸理論。JKR理論中他們考慮了材料的表面能效應，由于表面能的存在，相互接觸的固體之間將引進(jìn)一個(gè)結合力，最后根據能量平衡的原理，他們得到一個(gè)方程描述接觸應力分布，接觸體曲率半徑，彈性模量以及材料表面能之間的關(guān)系。在JKR模型中，當表面能為零時(shí)，方程自然過(guò)渡到赫茲方程。推導JKR模型的前提之一是，認為兩個(gè)接觸體的所有相互作用均發(fā)生在接觸半徑之內，后來(lái)證明如果采用不同的假設會(huì )得到不同的結論。1975年，B.V.Derjaguin, V. M. Muller and Y. P. Toporov等人假設接觸體之間相互作用可以發(fā)生在接觸半徑之外，據此假設提出了所謂的DMT模型試圖考慮結合力的影響。根據JKR和DMT模型，會(huì )的到不同的（pull-off)分離力（分開(kāi)兩個(gè)接觸體所需要的最大作用力）,這一不同的結果曾引起很多爭論，最后Muller等人指出JKR和DMT模型各有各的應用范圍：JKR模型對大顆粒，高表面能，低彈性模量的材料描述較好。而DMT模型則相反。
由赫茲開(kāi)創(chuàng )性工作開(kāi)始，隨后由其他人完善的接觸力學(xué)理論是涉及到接觸體的各種科學(xué)及工程研究中不可缺少的工具之一。因此赫茲在接觸力學(xué)領(lǐng)域所作出的貢獻不應該被他在電磁學(xué)領(lǐng)域杰出的成就而忽視。
(1)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗
赫茲是亥姆霍茲的學(xué)生，在老師的影響和要求下，他深入研究了電磁理論。1879年，德國柏林科學(xué)院懸獎?wù)鹘猓虍敃r(shí)科學(xué)界征求對麥克斯韋電磁理論進(jìn)行實(shí)驗驗證，促使年輕的赫茲萌發(fā)了進(jìn)行電磁波實(shí)驗的雄心壯志。
赫茲的實(shí)驗裝置一部分如。AA′是兩塊40厘米見(jiàn)方的銅板，焊上直徑0.5厘米，長(cháng)70厘米的銅棒，頭上各接一小銅球，相對放置，球中間留有空隙約0.75厘米。銅球表面仔細磨光，兩棒分別接到感應圈的兩端，當通電時(shí)，兩棒之間產(chǎn)生放電，形成振蕩。再取2毫米粗的銅棒做成圓環(huán)，半徑為35厘米，如中的B。圓環(huán)的空隙f，寬度可用精密螺旋調節，從零點(diǎn)幾毫米調到幾毫米。當放在適當位置時(shí)，f間隙會(huì )跟隨AA′產(chǎn)生火花放電，火花可長(cháng)達6-7毫米。B環(huán)可圍繞平行于A(yíng)A′面的法線(xiàn)mn旋轉，旋轉到不同位置，f放電的火花長(cháng)度不一樣。當f處于a或a′時(shí)，完全沒(méi)有火花；轉動(dòng)些許角度，開(kāi)始會(huì )產(chǎn)生火花；轉至b或b′時(shí)，火花最大。
(2)赫茲測出電磁波速度
赫茲最有說(shuō)服力的實(shí)驗是直接測出電磁波的傳播速度。他用的裝置如下：導體AA′（赫茲稱(chēng)之為原導體）在感應圈的激勵下產(chǎn)生電磁波。AA′平面與地板垂直，在圖中赫茲標了一條基線(xiàn)rs，下面是距離標記從離AA′中心點(diǎn)45厘米處計程。
實(shí)驗在一間15×14米的大教室進(jìn)行，在基線(xiàn)的12米內無(wú)任何家具。整個(gè)房間遮黑，以便觀(guān)察放電火花。次回路就是那個(gè)半徑為35厘米的圓環(huán)C或邊長(cháng)60厘米的方形導線(xiàn)框B。
麥克斯韋
(3)觀(guān)察到電磁波有聚焦、直進(jìn)、反射、折射和偏振現象
為了進(jìn)一步考察電磁波的性質(zhì)，赫茲又設計了一系列實(shí)驗，其中有聚焦、直進(jìn)性、反射、折射和偏振。他用2米長(cháng)的鋅板彎成拋物柱面形，，柱面的焦距大約為12.5厘米。他把發(fā)射振子和接收振子分別安在兩塊柱面的焦線(xiàn)上，調整感應圈使發(fā)射振子產(chǎn)生電火花。當兩柱面正好面對時(shí)，接收振子也會(huì )發(fā)出火花；位置離開(kāi)就不產(chǎn)生效果，由此證明電磁波和光波一樣也有聚焦和直進(jìn)性的性質(zhì)。赫茲還用1.5米高重500千克的大塊瀝青做成三棱鏡，讓電磁波通過(guò)，和光一樣電磁波也發(fā)生折射。他測得最小偏向角為22°，三棱鏡的頂角是30°，由此算出瀝青對電磁波的折射率是1.69。他還用"金屬柵"顯示了電磁波的偏振性。
在1888年12月13日向柏林科學(xué)院作了題為《論電輻射》的報告，他以充分的實(shí)驗證據全面證實(shí)了電磁波和光波的同一性。他寫(xiě)道："我認為這些實(shí)驗有力地鏟除了對光、輻射熱和電磁波動(dòng)之間的同一性的任何懷疑"。
人物關(guān)系
古斯塔夫·路德維希·赫茲
侄子
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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