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H.R.赫兹 Heinrich Rudolf Hertz (1857~1894)
H.R.赫兹(1857-1894)的电磁波实验装置(复制品)

  德国物理学家。1857年 2月22日生于汉堡。父亲为律师,后任参议员;家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣,12岁时便有了木工工具和工作台,以后又有了车床,常常用以制作简单的实验仪器。1876年入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理,第二年又转入柏林大学,在 H.von亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论性工作的《旋转导体电磁感应》论文获得博士学位,成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。1885~1889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授,1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。1889~1894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒在波恩逝世,当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献,将频率的单位命名为赫兹,现行国际单位制(SI)仍沿用。

  赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。他在早期便熟悉当时的英国学派(如M.法拉第J.C.麦克斯韦等)关于电动力(载电流导体之间的力)作用的介质和场的理论,以及德国学派关于电动力作用的瞬时超距作用和电流体理论(如W.E.韦伯和F.E.诺埃曼等)。1884年他在研究麦克斯韦的电磁理论时证明,麦克斯韦方程组是同所有电动力学理论的物理假设一致的。1886年赫兹在做放电实验时,发现近旁未闭合的线圈也出现火花,由此开始直到1888年持续进行了关于电磁波的多次实验。首先他试图测定沥青和石蜡等对于初级振荡电路和探测器电路间电火花感应传播的影响。实验是利用一个与感应线圈连接的未闭合电路产生电振荡,再用一简单的未闭合线圈作探测器。于是在黑暗的教室中便能看见探测器气隙中的微弱电火花,从而证实了电磁波的存在(见彩图)。后来把探测器移到教室中不同位置,测得了电磁波的波长;还根据这一数值和所计算的振荡器频率,计算波的速度。1887年末他测定的波速等于光速,从而证明了所假设的效应是以有限的速度传播的。赫兹还在其实验中注意到,当把探测电路暴露在初级电路气隙的电火花中时,探测电路的次级电火花也增强。他还把60种物质放在初级和次级电火花之间进行研究,并作出结论说这仅是紫外光的效应──光电效应。赫兹认为这一效应对于光与电的联系具有深刻的理论意义。1888年赫兹进行了一系列关于电磁波与光波类比的定性实验:让电磁波通过大块的硬沥青棱柱,证明电磁波像光波一样地折射;让电磁波通过平行的导线栅网而使电磁波偏振化;让电磁波通过带有孔的屏蔽而观测到衍射;观测到电磁波在金属板屏上的反射以及测到原始波与反射波的干涉现象;还用大的凹型金属屏使电磁波聚焦;用导电的障碍物造成电磁波阴影。这些实验结果有力地证明了电磁波与光波的性质相同。赫兹关于电磁波的一系列实验使欧洲的物理学家们从电动力学的瞬时超距作用观点很快地转变为电磁作用发生于介质和电磁以太(包含古老的光以太)功能的麦克斯韦观点。1890年赫兹在其实验基础上也从理论上使麦克斯韦的电磁理论在物理内容上更加完善,其要点是认为电磁现象是由填充空间的电介质的极化引起的,提出了电磁方程在自由以太中的对称关系式,讨论了静止物体的电动力学,后来又把麦克斯韦方程应用于运动的可形变的物体。但是赫兹的理论不能解释光和电动力学现象。后来,1892年由荷兰理论物理学家H.A.洛伦兹建立了麦克斯韦电磁理论的电子论,克服了赫兹在处理运动物体电动力学的光学方面的困难。

  赫兹的后期工作几乎是全力探索将麦克斯韦电动力学应用于其他物理领域,著有《力学原理》。他试图实现通过力学把物理学的各领域都统一起来的历史性目标,在这部著作中充分阐述了他的这一物理思想。

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