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 fue el primero en demostrar de manera concluyente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por James. Ecuaciones de electromagnetismo de Clerk Maxwell . La unidad de frecuencia, ciclo por segundo , recibió el nombre de " hercios " en su honor. [3]
Heinrich Rudolf Hertz nació en 1857 en Hamburgo , entonces estado soberano de la Confederación Alemana , en el seno de una familia hanseática próspera y culta . Su padre fue Gustav Ferdinand Hertz . [4] Su madre era Anna Elisabeth Pfefferkorn. [5]
Mientras estudiaba en la Gelehrtenschule des Johanneums de Hamburgo, Hertz demostró aptitudes tanto para las ciencias como para los idiomas, aprendiendo árabe . 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 realizando estudios postdoctorales con Helmholtz, sirviendo como su asistente. En 1883, Hertz aceptó 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 . [6]
En 1886, Hertz se casó con Elisabeth Doll, 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 importante investigación sobre las ondas electromagnéticas. [7]
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 la 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. [8]
En 1892, a Hertz le diagnosticaron una infección (tras un ataque de migrañas intensas ) y se sometió a operaciones para tratar la enfermedad. Murió luego de complicaciones en una cirugía en un intento de arreglar la condición que le causaba estas migrañas, que algunos consideran que fue una condición ósea maligna. [9] Murió a la edad de 36 años en Bonn , Alemania, en 1894, y fue enterrado en el cementerio de Ohlsdorf en Hamburgo. [10] [11] [12]
La esposa de Hertz, Elisabeth Hertz ( de soltera Doll; 1864-1941), no se volvió a casar y le sobrevivieron sus hijas, Johanna (1887-1967) y Mathilde (1891-1975). Ninguno de los dos se casó ni tuvo hijos, por lo que Hertz no tiene descendientes vivos. [13]
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 estaba formada por ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, pero nadie había podido demostrarlo, ni generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda. [15]
Durante los estudios de Hertz en 1879, Helmholtz sugirió que la tesis doctoral de Hertz fuera sobre probar la teoría de Maxwell. Helmholtz también había propuesto ese año el problema del "Premio Berlín" en la Academia de Ciencias de Prusia para cualquiera que pudiera demostrar experimentalmente un efecto electromagnético en la polarización y despolarización de los aislantes , algo predicho por la teoría de Maxwell. [16] [17] Helmholtz estaba seguro de que Hertz era el candidato más probable para ganarlo. [17] Al no ver ninguna manera de construir un aparato para probar esto experimentalmente, Hertz pensó que era demasiado difícil y en su lugar trabajó en la inducción electromagnética . Hertz realizó un análisis de las ecuaciones de Maxwell durante su estancia en Kiel, demostrando que tenían más validez que las entonces prevalecientes teorías de " acción a distancia ". [18]
En el otoño de 1886, después de que Hertz recibiera su cátedra en Karlsruhe, estaba experimentando con un par de espirales de Riess 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 demostrar la teoría de Maxwell (aunque el premio real había expirado sin ser cobrado en 1882). [19] [20] Usó una antena dipolo que constaba 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 unos 30 kilovoltios aplicados entre los dos lados desde una bobina de Ruhmkorff . Recibió las ondas con una antena resonante de un solo bucle con una distancia de chispa micrométrica entre los extremos. Este experimento produjo y recibió lo que ahora se llaman ondas de radio en el rango de frecuencia muy alta .
Entre 1886 y 1889, Hertz llevó a cabo una serie de experimentos que demostrarían 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 de 1888 que mostraban ondas electromagnéticas transversales en el espacio libre viajando a una velocidad finita sobre un distancia. [20] [21] En el aparato que utilizó Hertz, los campos eléctricos y magnéticos 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 medía unos 4 metros de largo. [ cita necesaria ] 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. Hertz también midió la intensidad del campo eléctrico , la polarización y la reflexión de las ondas. Estos experimentos establecieron que la luz y estas ondas eran ambas una forma de radiación electromagnética que obedecía a las ecuaciones de Maxwell. [22]
Hertz no se dio cuenta de la importancia práctica de sus experimentos con ondas de radio . Afirmó que, [24] [25] [26]
No sirve de nada... esto es sólo un experimento que demuestra que el Maestro Maxwell tenía razón: simplemente tenemos estas misteriosas ondas electromagnéticas que no podemos ver a simple vista. Pero están ahí.
Cuando se le preguntó sobre las aplicaciones de sus descubrimientos, Hertz respondió: [24] [27]
Nada me imagino
La prueba de Hertz de la existencia de ondas electromagnéticas en el aire provocó una explosión de experimentación con esta nueva forma de radiación electromagnética, que se denominó "ondas hertzianas" hasta alrededor de 1910, cuando se volvió común el término " ondas de radio ". Al cabo de 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 , lo que dio lugar 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". [28] Hoy en día, la radio es una tecnología esencial en las redes de telecomunicaciones globales y el medio de comunicación utilizado por los dispositivos inalámbricos modernos. [29] [30]
En 1892, Hertz comenzó a experimentar y demostró que los rayos catódicos podían atravesar láminas metálicas muy finas (como el aluminio). Philipp Lenard , alumno de Heinrich Hertz, investigó más a fondo este " efecto de rayo ". Desarrolló una versión del tubo catódico y estudió la penetración de rayos X de diversos materiales. Sin embargo, Lenard no se dio cuenta de que estaba produciendo radiografías. Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para los 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 rayos X reales. [31]
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 se ilumina con radiación ultravioleta (UV). En 1887 realizó observaciones del efecto fotoeléctrico y de la producción y recepción de ondas electromagnéticas (EM), publicadas en la revista Annalen der Physik . Su receptor constaba de una bobina con un explosor , mediante el cual se vería 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 reducía 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 retira, la longitud de la chispa aumentaría. No observó ninguna disminución en la longitud de la chispa cuando sustituyó el vidrio por cuarzo, ya que el cuarzo no absorbe la radiación ultravioleta. Hertz concluyó sus meses de investigación e informó de los resultados obtenidos. No prosiguió con la investigación de este efecto, ni hizo ningún intento de explicar cómo se produjo el fenómeno observado. [32]
En 1881 y 1882, Hertz publicó dos artículos [33] [34] [35] sobre lo que se conocería como el campo de la mecánica de contactos , que resultó ser una base importante para teorías posteriores en este campo. Joseph Valentin Boussinesq publicó algunas observaciones de importancia crítica sobre el trabajo de Hertz, aunque consideró que este trabajo sobre mecánica de contactos era de inmensa importancia. Su trabajo básicamente resume cómo se comportarán bajo carga dos objetos ejesimétricos colocados en contacto ; 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 naturaleza de adhesión entre los dos sólidos, lo que resulta importante a medida que los materiales que componen los sólidos comienzan a asumir una alta elasticidad. Sin embargo, en aquella época era natural descuidar la adherencia, ya que no existían métodos experimentales para comprobarla. [36]
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 dentro de 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 indentación en presencia de adhesión en 1971. [37] La teoría de Hertz se recupera de su formulación si la adhesión de Se supone que los materiales son cero. De forma similar a esta teoría, aunque utilizando supuestos diferentes, BV Derjaguin , VM Muller y YP Toporov publicaron otra teoría en 1975, que llegó a ser conocida entre la comunidad científica como teoría DMT, que también recuperó las formulaciones de Hertz bajo el supuesto de adhesión cero. Esta teoría del DMT resultó ser prematura y necesitó varias revisiones antes de ser aceptada como otra teoría del contacto material además de la teoría JKR. Tanto la teoría DMT como la 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 uno de los 23 "hombres de tribología" . [38] A pesar de preceder a su gran trabajo sobre el electromagnetismo (que él mismo consideraba trivial con su característica sobriedad [24] ), las investigaciones de Hertz sobre la mecánica de contacto han facilitado la era de la nanotecnología .
Hertz también describió el " cono hertziano ", un tipo de modo de fractura en sólidos frágiles provocado por la transmisión de ondas de tensión. [39]
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, [40] un nuevo tipo de higrómetro y un medio gráfico para determinar las propiedades del aire húmedo cuando se lo somete a condiciones adiabáticas. cambios. [41]
En la introducción de su libro Principios de Mecánica de 1894 , Hertz analiza las diferentes "imágenes" utilizadas para representar la física en su época, incluida la imagen de la mecánica newtoniana (basada en masas y fuerzas), una segunda imagen (basada en la conservación de la energía y el principio de Hamilton). ) y su propia imagen (basada únicamente en el espacio, el tiempo, la masa y el principio de Hertz ), comparándolas en términos de "permisibilidad", "corrección" y "idoneidad". [42] Hertz quería eliminar "suposiciones vacías" y argumentar en contra del concepto newtoniano de fuerza y en contra de la acción a distancia . [42] El filósofo Ludwig Wittgenstein, inspirado por el trabajo de Hertz, amplió su teoría pictórica a una teoría pictórica del lenguaje en su Tractatus Logico-Philosophicus de 1921 , que influyó en el positivismo lógico . [42] Wittgenstein también lo cita en los Libros Azul y Marrón . [43]
Debido a que la familia de Hertz se convirtió del judaísmo al luteranismo dos décadas antes de su nacimiento, su legado entró en conflicto con el gobierno nazi en la década de 1930, un régimen que clasificaba a las personas por "raza" en lugar de por afiliación religiosa. [44] [45]
El nombre de Hertz fue eliminado de las calles e instituciones e incluso hubo un movimiento para cambiar el nombre de la unidad de frecuencia nombrada en su honor (hertz) en honor a Hermann von Helmholtz , manteniendo el símbolo (Hz) sin cambios. [45]
Su familia también fue perseguida por su condición de no aria. La hija menor de Hertz, Mathilde, perdió una cátedra en la Universidad de Berlín después de que los nazis llegaron al poder y a los pocos años ella, su hermana y su madre abandonaron Alemania y se establecieron en Inglaterra. [46]
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. [47]
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). [48]
En 1928 se fundó en Berlín el Instituto Heinrich-Hertz para la Investigación de las Oscilaciones . Hoy conocido como Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones, Instituto Heinrich Hertz, HHI .
En 1969, en Alemania del Este , se fundió una medalla conmemorativa de Heinrich Hertz [49] .
La Medalla IEEE Heinrich Hertz , establecida en 1987, es " por logros sobresalientes en ondas hertzianas [...] presentada anualmente a un individuo por logros que son de naturaleza teórica o experimental ".
El radiotelescopio submilimétrico en Mt. Graham, Arizona, construido en 1992, lleva su nombre.
Un cráter que se encuentra en la cara oculta de la Luna , justo detrás del limbo oriental, es el cráter Hertz , llamado así en su honor.
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. [50] [51]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)———
