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海因里?！?shù)婪颉ず掌澥堑聡锢韺W(xué)家，他在電磁學(xué)方面做出了重要的貢獻(xiàn)，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)展有著很大的影響，并且被廣泛應(yīng)用于通訊、導(dǎo)航、無線電等領(lǐng)域。為了紀(jì)念他的成就，頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。總的來說，海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澥且晃唤艹龅奈锢韺W(xué)家，他的工作對于電磁學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展都有著重要的影響。海因里?！?shù)婪颉ず掌?/div>
德國物理學(xué)家
海因里?！?shù)婪颉ず掌潱℉einrich 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(xiàn)，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 |
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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(yàn)經(jīng)費(fèi)少得可憐，他卻一點(diǎn)一滴造出一間精密的電磁實(shí)驗(yàn)室。系上教三角學(xué)的多爾(Max Doll)教授很欣賞他，知道這個年輕人身上有一種不與人比較的風(fēng)骨；他請 赫茲來家里坐坐，把女兒伊利沙白(Elisabeth Doll)介紹給他。
伊利沙白后來寫下：『 赫茲在星光下有一種近乎驕傲的自信。他自認(rèn)是全世界唯一了解星光是什么的人，在他看來滿天的星光是不同的光體，規(guī)律地發(fā)出不同頻率的電磁波來到地上…… 在他的說明中，星夜不只是美麗的，而且是規(guī)則準(zhǔn)確的?！?赫茲的自信沒有錯，十九世紀(jì)全世界最懂電磁波實(shí)驗(yàn)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(xiàn)電磁波。 1885年，吉爾大學(xué)準(zhǔn)備晉升赫茲為副教授，但他不愿獲得一個純理論物理學(xué)家的職位。正在此時，卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)準(zhǔn)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(dú)，并對自己未來的研究沒有把握。但在隨后的時間里，赫茲完成了兩件大事。1886年7月，在經(jīng)過三個月的求婚之后，赫茲與一位同事的女兒伊利莎白·多爾(Elisabeth Doll)完婚。隨后，赫茲著手并最終完成了那個給他帶來世界性聲譽(yù)的電磁波實(shí)驗(yàn)。
簽名
赫茲
海因里?！?shù)婪颉ず掌?/div>
赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時，受赫爾姆霍茲之鼓勵研究麥克斯韋電磁理論，當(dāng)時德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論。因此赫茲就決定以實(shí)驗(yàn)來證實(shí)韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動能輻射電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計(jì)了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時，其感應(yīng)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(dá)數(shù)百萬周。由麥克斯韋理論，此火花應(yīng)產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設(shè)計(jì)了一簡單的檢波器來探測此電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形，線的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi)，檢波器距振蕩器10米遠(yuǎn)，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠(yuǎn)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(yīng)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，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。赫茲在實(shí)驗(yàn)時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、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，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開始的。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(jì)無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。
英年早逝
1894年37歲的赫茲因?yàn)閿⊙Y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(yī)學(xué)。
在1892年，赫茲被診斷出感染了韋格納肉芽腫(發(fā)病時會經(jīng)歷劇烈的頭痛)，而他試著去治療這種疾病。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）和兩名女兒喬安娜和瑪?shù)贍柕隆６钠拮釉谒篮蟛]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?斯坎德拜訪了瑪?shù)贍柕?赫茲，詢問有關(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。根據(jù)查爾斯薩的書指出，赫茲的兩名女兒都沒有結(jié)婚，因此他沒有任何后裔。
主要貢獻(xiàn)
赫茲實(shí)驗(yàn)
赫茲對人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，正當(dāng)人們對他寄以更大期望時，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動頻率的單位，簡稱“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重復(fù)次數(shù)的計(jì)量。赫茲的名字來自于德國物理學(xué)家海因里?！?shù)婪颉ず掌潯Ｆ浞柺荋z。電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應(yīng)用中，用作信號傳輸?shù)囊话愣际墙涣麟?。呈正弦變化的交流電信號，隨著時間的變化，其幅度時正、時負(fù)，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(nèi)的重復(fù)變化次數(shù)稱為信號的“頻率”，用f表示；而把信號波形變化一次所需的時間稱作“周期”，用T表示，以秒為單位。波行進(jìn)一個周期所經(jīng)過的距離稱為“波長”，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，簡稱赫，以符號Hz表示。
赫茲（H·Hertz）是德國著名的物理學(xué)家，1887年，是他通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。后人為了紀(jì)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，有時會包含多種頻率成分；將所有這些成分在頻率軸上的位置標(biāo)示出來，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(jù)的頻率范圍就叫做信號的頻帶范圍。例如，在電話通信中，話音信號的頻率范圍是300～3400赫；在調(diào)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。
波動方程
赫茲
光電效應(yīng)
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。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應(yīng)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而與光強(qiáng)度無關(guān)，這一點(diǎn)無法用光的波動性解釋。還有一點(diǎn)與光的波動性相矛盾，即光電效應(yīng)的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面?？墒聦?shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負(fù)九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴(yán)格規(guī)定的能量單位（即光子或光量子）所組成。這種解釋為愛因斯坦所提出。光電效應(yīng)由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)象叫做光電效應(yīng)（Photoelectric effect）。光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光電效應(yīng)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，與光照方向無關(guān)，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(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能。金屬內(nèi)部有大量的自由電子，這是金屬的特征，因而對于金屬來說，I項(xiàng)可以略去，愛因斯坦方程成為 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(zhuǎn)換成一個個放大了的電脈沖，然后送到電子線路去，記錄下來。算式在以愛因斯坦方式量化分析光電效應(yīng)時使用以下算式：光子能量= 移出一個電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動能 代數(shù)形式：hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數(shù)，h = 6.63 ×10^-34 J·s，f是入射光子的頻率，φ是功函數(shù)，從原子鍵結(jié)中移出一個電子所需的最小能量，f0是光電效應(yīng)發(fā)生的閥值頻率，Em是被射出的電子的最大動能，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(shù)（φ），就不會有電子射出。功函數(shù)有時又以W標(biāo)記。這個算式與觀察不符時（即沒有射出電子或電子動能小于預(yù)期），可能是因?yàn)橄到y(tǒng)沒有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。愛因斯坦因成功解釋了光電效應(yīng)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學(xué)科。赫茲1882年發(fā)表了關(guān)于接觸力學(xué)的著名文章“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(dǎo)致材料光學(xué)性質(zhì)的改變。為了發(fā)展他的理論，赫茲用一個玻璃球放置在一個棱鏡上，他首先觀察到這個系統(tǒng)形成了橢圓形的牛頓環(huán)，以此實(shí)驗(yàn)觀察，赫茲假設(shè)玻璃球?qū)忡R施加的壓力也為橢圓分布。隨后他根據(jù)壓力分布計(jì)算了玻璃球?qū)е碌睦忡R的位移并反算出牛頓環(huán)，以此再和實(shí)驗(yàn)觀察對比以檢驗(yàn)理論的正確性。最后赫茲得到了接觸應(yīng)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)是沒有考慮兩個接觸體之間的結(jié)合力。這一問題在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(yīng)，由于表面能的存在，相互接觸的固體之間將引進(jìn)一個結(jié)合力，最后根據(jù)能量平衡的原理，他們得到一個方程描述接觸應(yīng)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(dāng)表面能為零時，方程自然過渡到赫茲方程。推導(dǎo)JKR模型的前提之一是，認(rèn)為兩個接觸體的所有相互作用均發(fā)生在接觸半徑之內(nèi)，后來證明如果采用不同的假設(shè)會得到不同的結(jié)論。1975年，B.V.Derjaguin, V. M. Muller and Y. P. Toporov等人假設(shè)接觸體之間相互作用可以發(fā)生在接觸半徑之外，據(jù)此假設(shè)提出了所謂的DMT模型試圖考慮結(jié)合力的影響。根據(jù)JKR和DMT模型，會的到不同的（pull-off)分離力（分開兩個接觸體所需要的最大作用力）,這一不同的結(jié)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(yīng)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。
由赫茲開創(chuàng)性工作開始，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(xiàn)不應(yīng)該被他在電磁學(xué)領(lǐng)域杰出的成就而忽視。
赫茲的主要貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，并測出電磁波傳播的速度跟光速相同，還進(jìn)一步觀察到電磁波具有聚焦、直進(jìn)性、反射、折射和偏振等性質(zhì)。
(1)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)
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?，向?dāng)時科學(xué)界征求對麥克斯韋電磁理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，促使年輕的赫茲萌發(fā)了進(jìn)行電磁波實(shí)驗(yàn)的雄心壯志。
赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置一部分如。AA′是兩塊40厘米見方的銅板，焊上直徑0.5厘米，長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(xì)磨光，兩棒分別接到感應(yīng)圈的兩端，當(dāng)通電時，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(diào)節(jié)，從零點(diǎn)幾毫米調(diào)到幾毫米。當(dāng)放在適當(dāng)位置時，f間隙會跟隨AA′產(chǎn)生火花放電，火花可長達(dá)6-7毫米。B環(huán)可圍繞平行于AA′面的法線mn旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到不同位置，f放電的火花長度不一樣。當(dāng)f處于a或a′時，完全沒有火花；轉(zhuǎn)動些許角度，開始會產(chǎn)生火花；轉(zhuǎn)至b或b′時，火花最大。
(2)赫茲測出電磁波速度
赫茲最有說服力的實(shí)驗(yàn)是直接測出電磁波的傳播速度。他用的裝置如下：導(dǎo)體AA′（赫茲稱之為原導(dǎo)體）在感應(yīng)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(biāo)了一條基線rs，下面是距離標(biāo)記從離AA′中心點(diǎn)45厘米處計(jì)程。
實(shí)驗(yàn)在一間15×14米的大教室進(jìn)行，在基線的12米內(nèi)無任何家具。整個房間遮黑，以便觀察放電火花。次回路就是那個半徑為35厘米的圓環(huán)C或邊長60厘米的方形導(dǎo)線框B。
麥克斯韋
(3)觀察到電磁波有聚焦、直進(jìn)、反射、折射和偏振現(xiàn)象
為了進(jìn)一步考察電磁波的性質(zhì)，赫茲又設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，其中有聚焦、直進(jìn)性、反射、折射和偏振。他用2米長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上，調(diào)整感應(yīng)圈使發(fā)射振子產(chǎn)生電火花。當(dāng)兩柱面正好面對時，接收振子也會發(fā)出火花；位置離開就不產(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，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(yàn)證據(jù)全面證實(shí)了電磁波和光波的同一性。他寫道："我認(rèn)為這些實(shí)驗(yàn)有力地鏟除了對光、輻射熱和電磁波動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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