赫兹单位(赫兹单位换算)

大家好,我是小枣君。

在之前的通信名人传记系列中,我介绍过法拉第、麦克斯韦、马可尼、波波夫、特斯拉等等。他们要么是电磁理论的奠基人,要么是电磁应用的发明者。

但是,有一个人我还没来得及介绍。他是联系电磁理论和电磁应用的最重要的纽带,第一个证实电磁波真实存在的人,德国著名物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹。

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赫兹

赫兹在物理学史上占有举足轻重的地位。没有他,麦克斯韦的电磁理论和方程只能继续吃灰,而马可尼的无线电发明连影子都不会有。

因为赫兹和他的发现,麦克斯韦得以伸张正义,电磁理论得以重见天日。另一方面,我们终于迎来了移动通信的辉煌时代。

那么,赫兹是一个怎样的人呢?他是如何证明电磁波的存在的?今天,在这篇文章中,小枣君为你讲述赫兹的传奇故事。

一个年轻天才的成长之路

赫兹于1857年2月22日出生在德国汉堡的一个犹太家庭。

他家很好。他的父亲是古斯塔夫·费迪南·赫兹,德国汉堡的一名律师(后来成为参议员)。她的母亲安娜·伊丽莎白·费沃克恩是一名医生的女儿。赫兹是家里最大的孩子。他还有三个弟弟和一个妹妹。

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赫兹的家人(赫兹站在第二个右边)

6岁时,赫兹被父母安排到汉堡当地的一所私立学校学习。这所学校的校长弗里德里希·维查德·兰格是著名的教育家。他的教育理念是以孩子为中心,个性化培养。赫兹在这所学校表现很好,排名第一。

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年轻的赫兹,一个英俊的男孩。

15岁时,赫兹离开私立学校,在家自学。因为他想考上大学,而Wichard Lange的私立学校没有希腊语和拉丁语课程(这是大学入学必备的能力)。

为了更好地学习语言,他们家聘请了一位非常厉害的导师——著名的德语语言专家雷德斯洛教授。结果没过多久,雷教授就跑去告诉赫兹的父亲,赫兹真的是语言天才。“我从未见过像赫兹这样有天赋的孩子”。

17岁时,赫兹来到约翰尼的学校为大学考试学习。结果一年后考过的时候,这家伙又变卦了。他搬到法兰克福,跟一个建筑师当学徒,想进入建筑行业。

不久,赫兹放弃了当建筑师的梦想,跑回德累斯顿学习工程。

几个月后,赫兹应征入伍,服役一年。在此期间,赫兹陷入了人生的迷茫阶段。当他写信给他母亲时,他提到:

“日复一日,我觉得自己像个失败者。”

(……一天一天,我越来越意识到我在这个世界上是多么无用。)

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年轻的赫兹(头发还在)

幸运的是,赫兹的颓废状态并没有持续多久。1877年10月,退休的赫兹搬到慕尼黑,开始学习工程课程。

同年,赫兹被慕尼黑大学录取,选修高等数学、力学、实验物理和实验化学等课程。一年后,他以优异的成绩再次进入柏林大学。

师从名师,扬名立万。

到达柏林后,赫兹终于见到了他一生中最重要的两位导师,著名的德国科学家古斯塔夫·基尔霍夫和赫尔曼·赫尔姆霍茨。

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基尔霍夫专攻辐射、光谱学和电路理论。亥姆霍兹致力于电动力学和热力学领域的理论研究。

亥姆霍兹很快发现赫兹是物理学天才,因此非常重视,重点培养。

当时,亥姆霍兹在学院里设立了一个有奖竞赛。谁能回答他的问题,谁就能得奖。

他的问题很短,但很难回答:

“电是带着惯性运动的吗?”

(这个问题也可以理解为:“电有质量(动能)吗?”)

赫兹对这个问题很着迷。于是,他收集资料,到处研究,试图找到答案。

1879年8月,22岁的赫兹通过一系列实验得出了自己的结论:如果电流有任何质量,这个值一定小得令人难以置信。

那时,人们不知道电子的存在。直到18年后的1897年,英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊在研究阴极射线时才发现了电子。电子的质量真的很小,只有9.10956×10-31kg。以赫兹那个时代的技术能力,是无法衡量的。

不管怎样,赫兹的回答得到了亥姆霍兹的认可,他还获得了老师的奖励——一枚金牌。

后来,亥姆霍兹又问了一个问题。赫兹这次退出,拒绝参加。他认为花三年时间研究一个可能没有结果的问题是浪费生命。

1880年1月,赫兹完成了关于旋转导体电磁感应的论文,大学毕业。

毕业后,赫兹在柏林物理研究所做了三年亥姆霍兹教授的助手。在此期间,赫兹发表了15篇论文,涉及各个领域,包括气象学、力学、电学、电磁感应和阴极射线。

渐渐地,赫兹开始在科学界树立自己的影响力。

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渐渐的,发际线就没了。

1883年,26岁的赫兹来到基尔大学担任理论物理讲师。

1885年3月,赫兹转到德国西南边境的卡尔斯鲁厄大学,在那里他成为了物理系的教授。

同年7月31日,赫兹与他的同事、几何学讲师马克斯·多尔的女儿伊丽莎白·多尔结婚。当时他们认识不到四个月。后来,他们生了两个女儿,分别叫约翰娜和玛蒂尔德。

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登上顶峰,发现电磁波。

接下来,是赫兹的高光时刻。

赫兹在跟亥姆霍兹学习物理的时候,学习了麦克斯韦的电磁理论。当时德国物理学界普遍相信韦伯的电力和磁力可以瞬间传递的理论。所以,赫兹决定用实验来检验韦伯和麦克斯韦的理论,到底谁是对的?

根据麦克斯韦理论,电扰动可以辐射电磁波。所以赫兹首先设计了一个电磁波发生器。

他建造了一个由铜旋钮组成的振荡器。每个旋钮都连接到一个高压感应线圈,并通过一个小间隙与另一个旋钮分开,火花可以在这里移动。当感应线圈的电流突然中断时,其感应的高电压会在火花隙之间产生火花。瞬间电荷通过火花隙在锌板之间振荡,频率几百万。如果麦克斯韦的理论是正确的,此时就会产生电磁波。

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赫兹实验装置

为了监测电磁波,赫兹设计了另一种接收器。他把一小段电线弯成一个圆圈,在电线两端留下一个小火花隙。如果有电磁波,这个小线圈上就会产生感应电压,在火花隙中产生火花。

因为火花极小,他不得不坐在黑暗的房间里进行实验。果然,在实验中,赫兹亲眼看到了微弱火花的产生!

1887年11月5日,赫兹发表了题为《论绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文,总结了他的重要发现。这篇论文直接引起了整个物理学界的轰动。麦克斯韦的电磁理论被认为是经典。此时,麦神已经去世九年了。

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麦克斯韦

后来,赫兹继续他的实验,证实电磁波是横波,具有与光相似的特性,如反射、折射和衍射。赫兹还实验了两种电磁波的干涉,同时证明了在直线传播时,电磁波的传播速度与光速相同,从而证明了光是电磁波。

在此基础上,赫兹进一步改进了麦克斯韦方程组,使之更加美观对称,得到了麦克斯韦方程组的现代形式。

赫兹的发现具有划时代的意义。当时因为赫兹验证了电磁波的存在,电磁波被直接称为“赫兹波”,直到多年后才改名为“电磁波”。

现在我们都知道,赫兹的发现有着广泛的实际应用,并打开了一个新世界的大门。然而,当时的赫兹并没有意识到这一点。他说:

“我认为我发现的无线电波不会有任何实际应用.”

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除了发现电磁波,赫兹还在光电效应领域做出了贡献。

他注意到,当一个带电的金属物体受到紫外线照射时,它会迅速失去电荷,并发现了光电效应。

当时他无法解释这种现象。多年后,爱因斯坦成功解释了这一现象(紫外光子有足够的能量与金属中的电子相互作用,使电子有足够的能量逃离金属),并因此获得诺贝尔奖。

1889年,赫兹来到波恩大学担任教授。在这里,赫兹和他的助手菲利普·勒纳德一起研究阴极射线和气体放电。没想到的是,1905年,里尔纳德因为对阴极射线的研究获得了诺贝尔物理学奖。

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利尔纳德

英年早逝,令人叹息。

从1888年到1890年,赫兹在国内外赢得了广泛的荣誉。他分别被意大利科学协会、巴黎科学院和维也纳帝国科学院授予各种勋章,德国政府还授予他“皇冠勋章”。

然而,在此期间,赫兹开始遭受严重的健康问题。

在搬到波恩之前,赫兹开始牙痛,并接受了牙科治疗。1889年,他拔掉了所有的牙齿,试图治愈这种顽疾。然而,到了1892年初,问题又回来了,这次是他的喉咙和鼻子。剧烈的疼痛让赫兹无法继续工作,他不得不四处寻找治疗方法。

1893年春天,赫兹试图重返工作岗位,并进行了几次手术。不幸的是,疾病让他患上了抑郁症。12月3日,他寄出了自己最后一本书(《机械原理》)的手稿。12月7日,赫兹发表了他的最后一次演讲。

不久之后,1894年1月1日,赫兹在波恩死于血液中毒(死因仍有争议),年仅37岁。

赫兹去世后,他的妻子没有再婚,而是继续抚养两个女儿。20世纪30年代,希特勒和纳粹党上台,开始迫害犹太人。他的妻子带着女儿逃到了英国剑桥。

值得一提的是,赫兹的家人后来被视为人才。他的女儿玛蒂尔德成了著名的生物学家和心理学家。他的侄子古斯塔夫·路德维希·赫兹作为量子力学的先驱,获得了1925年的诺贝尔奖。古斯塔夫的儿子卡尔·赫尔穆特·赫兹是核磁共振波谱的先驱,发明了医用超声波。

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古斯塔夫·路德维希·赫兹

1930年,国际电工委员会为了纪念他,将赫兹命名为频率测量单位。1960年,国际度量衡大会正式确认了这一单位。

1945年二战结束后,赫兹在德国恢复了名誉,重新赢得了德国人民的尊重。德国汉堡的无线电塔也叫赫兹塔。

最后,我们以赫兹的颂词结束今天的文章:

“他是个高尚的人,运气难得,能找到许多崇拜者,但没有人讨厌他,也没有人羡慕他;与他有过个人接触的人都被他的谦逊所感动,被他的和蔼可亲所迷住。他是真正的朋友,也是受人尊敬的老师;对他的家人来说,他是一个慈爱的丈夫和父亲。”

谢谢,伟大的海因里希·鲁道夫·赫兹!

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