Генрих Рудольф Герц

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Генрих Рудольф Герц

Кудряков К.А.(ЭР-11-16)

Москва МЭИ

2016

Аннотация

герц вибратор фотоэффект электромагнитный

Работа выполнена студентом группы ЭР-11-16 Кудряковым Константином Алексеевичем по дисциплине ФОРТ в соответствии с учебным планом специальности радиоэлектронные системы и комплексы ИРЭ НИУ МЭИ.

В работе представлены научные открытия Генриха Рудольфа Герца, среди них: принцип работы Вибратора Герца, описание свойств электромагнитных волн и принцип явления внешнего фотоэффекта. Рассматривается развитие идей Герца другими учеными и важность открытий Герца для настоящего времени. Работа содержит 13 стр., 6 литературных источников и 4 иллюстрации.

Содержание

Введение

1. Изобретения и научные работы

1.1 Метеорология

1.2 Вибратор Герца

1.3 Открытие внешнего фотоэффекта

1.4 Механика контактного взаимодействия

1.5 Исследование электромагнитных волн

Заключение

Литература

Введение

Дату 22 февраля 1857 года, бесспорно, считают одно из самых важных и значимых дат в истории мировой физики. Почему? Потому что именно в этот день родился Генрих Рудольф Герц. Который в будущем станет одним из самых известных ученым и физиком во всем мире, основатель электродинамики, доказавший современному миру что электромагнитные волны на самом деле существуют. и если бы не было того что он открыл и изучил Генрих Герц, просто невозможно представить нашу обычную повседневную жизнь, потому что радио и телевидение сейчас давно стали частью нашей жизни и представить нашу жизгь без них просто не возможно, и как раз именно в этой среде Герц сделал большинство открытий и достижений Храмов Ю. А., «Герц Генрих Рудольф» Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. -- Изд. 2-е, испр. и дополн. -- М.: Наука, 1983. -- С. 82. -- 400 с., стр 16..

Рис.1.Генрих Герц

Генрих Рудольф Герц физик, ученый, родился в Германии, считается одним из главных родоначальников электродинамики.(рис.1) И именно ему впервые удалось доказать при помощи эксперимента теорию Джеймса Максвелла про взаимосвязь электрических и магнитных полей. Он во всех подробностях описал свойства электромагнитных волн, смог доказать что скорость с которой волна распространяется равна скорости с которой распространяется свет, и что свет является одним из видов электромагнитных волнХотя его теория со временем стала неуместной и через некоторое время устарела и появилась новая теория Лоренца. Однако результаты, которые Герц получил в своих опытах, пошли в основу всего раздела радио. А. Т. Григорьян, А. Н. Вяльцев «Генрих Герц», 857-1894. -- М.: Наука, 1968. -- 312 с., стр. 46.

По мнению физика Дж. Томсона, который являлся современником Герца, эксперименты и опыты которые проводил Герц являются именно тем триумфом, который кардинально изменил нашу жизнь. Кроме общей школы, молодой Генрих Герц ходил в ремесленную школу, где изучал черчение, а также основы столярного и слесарного дела. И в будущем ему пригодились эти навыки и умения, полученные в этой школе при постройке и разработке приборов и устройств для проведения экспериментов. Как то мать Герца сообщила тому мастеру, который обучал юного Герца профессии токаря, что этот мальчишка вырос и стал профессором, но тот напротив очень огорчился и сказал что из него бы получился хороший токарь. вся научная деятельность Генриха Герца в такой теме как электродинамика повлияли на развитие всей мировой физики и техники и сыграли большую роль в возникновении телевидения, радиосвязи, телеграфии, а также радиолокации. и ученые всего мира назвали эпоху трудов великого ученого Герца как «электрическая эры» в истории развития мировой физики. http://www.people.su/

1. Изобретения и научные работы

1.1 Метеорология

Герц всегда сильно интересовался метеорологией, вероятно, в результате его общения с Вильгельмом фон Бецольдом, который был профессором Герца по лабораторным работам в Мюнхенском Политехникуме, который преподавал в 1878 году. Но Герц так и не сделал важных открытий в развитии данной науке, не считая некоторые статьи которые он написал в качестве аспиранта в Берлине. Он исследовал испарение жидкости, создал новый вид гигрометра, а еще описал новые способы для определения свойств влажного воздуха.

1.2 Вибратор Герца

В своей теории Максвелл доказал, что электромагнитные волны могут иметь свойства преломления, дифракции и отражения. Но любую теорию будут считать правдивой, если ее подтвердят практически и экспериментально. Но в то время \никто из ученых даже сам Максвелл - создатель этой теории не смогли получить электромагнитные волны при помощи экспериментов. И впервые удалось сделать это Герцу только в 1888 году. С 1886 по 1888 год он исследовал прием электромагнитных волн и их излучение. И чтобы сделать это он придумал и создал свой знаменитый излучатель электромагнитных волн, который в будущем будет назван «вибратором Герца». Бутиков Е.И. , Кондратьев А.С. «Физика для углубленного изучения»: Учеб.пособие, . Электродинампа. Оптикпа. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 - 336с., стр. 250.

В ходе своих экспериментов Герц сконструировал источник электромагнитных волн, который назвал "вибратором".(рис.2) Это устройство имело две сферы которые хорошо проводили ток и имели диаметр 10-30 см. Эти сферы ученый поместил на концах проволочного стержня разрезанного посередине. На концах этого разреза помещались маленькие полированные шарики, которые как раз и образовывали искру в несколько миллиметров. Сферы соединялись с вторичной обмоткой катушки Румкорфа, которая служила источником высокого напряжения. В процессе этого опыта Герц получал колебания переменного тока, благодаря которым он и смог изучать электромагнитные волны. Именно это устройство в будущем использовали такие ученые как А. С. Попов и Г. Маркони используя его как передатчик в своих первых схемах радиосвязи.

Рис.2 Вибратор Герца

Чтобы можно было уловить излучаемые волны, Герц применил резонатор. Это такое кольцо, которое было незамкнуто и состояло из проволоки, на его концах были закреплены похожие, такие же, как у «передатчика» латунные шарики и видимый искровой промежуток можно было регулировать. Ученые со всего мира были поражены этой удивительной простотой и поразительной эффективностью приборов, которые изобрел Герц. Он настраивал его на частоту колебаний вибратора и изменял его размеры и положение во время всего проведения эксперимента. В резонаторе, возможно, было увидеть маленькие искры в тот самый момент, когда между шариками вибратора происходили разряды. Герц проводил все свои опыты в полнейшей темноте, потому что интенсивность искр была слишком мала, и заметить их было крайне трудно.

Смысл опыта и явлений, которые происходят в вибраторе Герца, заключается в следующем. Индуктор Румкорфа создает на концах своей вторичной обмотки очень высокое, около десятков киловольт, напряжение. В определенный момент в искровом промежутке вибратора возникает электрическая искра, и в вибраторе возникают высокочастотные затухающие колебания, которые происходят во время существования искры. Поскольку вибратор представляет собой открытый колебательный контур, происходит излучение электромагнитных волн.

Благодаря своим опытам Герц смог сделать следующие выводы:

1 -- волны Максвелла «синхронны» или то что скорость распространения радиоволн равна скорости света;

2 -- возможно передавать энергию электрического и магнитного поля без проводов.

Все эти выводы и заключения Герц изложил и написал в своей работе «О лучах электрической силы», которая появилась на свет в декабре 1888 г. Этот год заслуженно считают годом открытия электромагнитных волн и подтверждения теории Максвелла экспериментально и практически. В 1889 г. на съезде немецких ученых и физиков, Герц выступая прокомментировал свое открытие: «Все эти опыты очень просты в принципе, тем не менее, они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла. Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение».

После ряда трудных и чрезвычайно сложных по проведению опытов и экспериментов с использованием подручных и простых средств Герцу все-таки удалось достичь своей цели. Удалось измерить длины волн и рассчитать скорость их распространения. Было практически доказано:

наличие отражения, преломления, дифракции, интерференции и поляризации волн, а также измерена скорость электромагнитной волны

После прочтения своего доклада 13 декабря 1888 года в Берлинском университете и ряда публикаций 1877 - 78 гг. Герц стал одним из самых популярных и востребованных ученых, а электромагнитные волны стали называться "лучами Герца".

1.3 Открытие внешнего фотоэффекта

Рис.3 Внешний фотоэффект

Для того чтобы четче и легче можно было увидеть искру во время провидения своих опытов, Герц поместил приёмник в обычную затемнённую коробку. При этом он заметил, что в коробке длина искры становится намного меньше. Тогда Герц стал проводить свои эксперименты, и начал исследовать изменения длины искры в том случае, когда между передатчиком и приёмником находится экран из различных материалов. Герц определил, что электромагнитные волны отражались одними материалами, а проходили через другие, что в будущем привело к созданию и изобретению радаров. В скором времени Герц увидел, что заряженный конденсатор теряет свой заряд намного быстрее, если освещать его пластины ультрафиолетовым излучением. И те выводы и результаты которые Герц получил во время экспериментов повлияли на открытие нового явления в физике, которому в будущем дали название фотоэффект.(рис.3) Немного позже Альберт Эйнштейн теоретически смог дать объяснение этому явлению за что был удостоен Нобелевской премии. Бутиков Е.И. , Кондратьев А.С., Уздин В.М. «Физика для углубленного изучения»: Учеб.пособие, том 3 . Строение и свойства вещества. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 - 336с.

1.4 Механика контактного взаимодействия

В 1881 по 1882 Герц написал, а в скором времени и опубликовал две статьи, темой которых являлась механикой контактного взаимодействия. В этих двух работах Герц описывает поведение двух осесимметричных объектов, которые находятся под нагрузкой в контакте между собой. Полученные ученым результаты основываются на классической теории упругости и механике сплошных сред.

Для обоснования и подтверждения своей теории Герц исследовал поведение эллиптических колец Ньютона, которые можно заметить, если разместить стеклянную сферу на линзе. Он размышлял, что давление, которое оказывается на линзу сферой, вызовет изменения колец Ньютона.

К. Л. Джонсон, К. Кендал и А. Д. Робертс взяли эту теорию за основу при вычислении теоретического сдвига или глубины вдавливания в их научной статье «Поверхностная энергия и контакт упругих твёрдых частиц», которая была издана в трудах Королевского Общества в 1971.

Кроме того работа Герца является основой механики контактного взаимодействия, на которых базируются все модели контактного перехода и также это теория используются при расчётах мельчайших сдвигов и электронной микроскопии.

1.5 Исследование электромагнитных волн

С 1885 по 1889 годы Герц работал профессором физики технического университета в Карлсруэ. Именно в эти годы он провёл свои знаменитые опыты по распространению электрической силы, доказавшие реальность электромагнитных волн. Аппаратура, которой пользовался Герц, может показаться теперь более чем простой, но тем замечательнее полученные им результаты. Источниками электромагнитного излучения у него были искры в разрядниках. Электромагнитные волны от разрядников вызывали искровые разряды между шариками в «приемниках» -- расположенных в нескольких метрах контурах, настроенных в резонанс. Герцу удалось не только обнаружить волны, в том числе, и стоячие, но и исследовать скорость их распространения, отражение, преломление и даже поляризацию. Все это очень напоминало оптику, с тем только весьма существенным отличием, что длины волн были почти в миллиард раз больше. Бутиков Е.И. , Кондратьев А.С. «Физика для углубленного изучения»: Учеб.пособие, . Электродинампа. Оптикпа. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 - 336с., ст. 211.

Рис.4 Электромагнитные волны

В 1886--1889 гг. Г. Герц проводилэксперименты, в результате которых он должен был подтвердить теорию Дж. Максвелла о существовании электромагнитных волн и их основных свойствах. Две сферы или цилиндра которые имели диаметр около 10-- 30 см, в других опытах -- металлические листы имели размер 40 см, Герц укреплял на концах стержня, который разрезал посередине. На разрезах помещались полированные шарики, между которыми образовывался промежуток в несколько миллиметров шириной. Концы половин стержня в месте разреза заканчивались небольшими шариками, которые были полированные, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. Цилиндры или листы были присоединены к источнику высокого напряжения, который как раз и заряжал их положительными и отрицательными зарядами. Электрическая искра, которая получалась в промежутке вибратора, значительно уменьшает сопротивление. Пока эта искра происходит, в вибраторе получаются затухающие колебания с высокой частотой. И излучение электромагнитных волн происходит потому что, что вибратор является не чем иным, как открытым колебательным контуром. Целью опыта который проводил Герца было пронаблюдать взаимодействие и распространение электромагнитных волн.(рис.4)

Заключение

За все время своей научной деятельности немецкий ученый Герц совершил важный вклад, который начал еще Фарадей задолго до него. Если Максвелл представил идеи и теории этого ученого теоретически, то Герц показал их с помощью эксперимента видимыми и совершенно реальными и которые стали ему вечным памятником в мировой физике. Мы помним Г. Герца, в то время когда и смотрим телевизор и слушаем радио. И это не случайно, ведь даже первыми словами, которые впервые сумел передать русский изобретатель и физик Попов по первой в мире беспроводной связи были: “ Генрих Герц”.

Именем Герца была названа единица частоты колебаний. В 1932 году в СССР, и в 1933 году на заседании ученых всего мира была принята единица частоты "герц", которая через некоторое время была включена в систему единиц СИ. И 1 герц равен полному колебанию ровно за одну секунду.

Хотя сам Генрих Герц считал и не раз говорил об этом что его деятельность в этой области физики были вовсе лишены всякого смысла. Он сказал что вся его работа совершенно не имеет никакого смысла. Это все лишь опыт, который показывает на то что теория максвелла правдива, и это не просто слова. и Герц открыл всего лишь волны которые просто так не сможем увидеть но они существуют, они среди нас..

В своей работе я привел примеры научных открытий Г.Р. Герца. Рассмотрел принцип работы Вибратора Герца и описал свойства электромагнитных волн. Так же я описал внешний фотоэффект - это явление вырывания электронов из вещества под действием падающего света. Также я рассмотрел исследования ученого электромагнитных волн, вследствие которых Герц в своих опытах сумел получить искры и из за этого получались затухающие колебания. Целью этого эксперимента было наблюдение за взаимодействием и распространением электромагнитных волн.

Литература

1. Генрих Герц. Биография [Генрих Герц-биография]. - URLhttp://2mir-istorii.ru/uchenye/1920-genrih-gerc.html (дата обращения:7.12.2016 года)

2. Генрих Герц. Биография [Генрих Герц-биография]. - URL http://www.peoples.ru/science/physics/heinrich_hertz/ (дата обращения: 9.12.2016 года)

3. Григорьян А. Т., Вяльцев А. Н., Генрих Герц -- М.: Наука, 1968. 312 с.

4. Бутиков Е.И. , Кондратьев А.С. Физика для углубленного изучения: Учеб.пособие, том 2 . Электродинампа. Оптикпа. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003 - 336с.

5. Бутиков Е.И. , Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения: Учеб.пособие, том 3 . Строение и свойства вещества - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 - 336с.

6. Храмов Ю. А., Герц Генрих Рудольф Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. -- Изд. 2-е, испр. и дополн. -- М.: Наука, 1983 - 400 с.

Размещено на Allbest.ru