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海因里?！?shù)婪颉ず掌澥堑聡锢韺W家，他在電磁學方面做出了重要的貢獻，并于1888年首次證實了電磁波的存在。赫茲的研究對于電磁學的發(fā)展有著很大的影響，并且被廣泛應用于通訊、導航、無線電等領域。為了紀念他的成就，頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名?？偟膩碚f，海因里?！?shù)婪颉ず掌澥且晃唤艹龅奈锢韺W家，他的工作對于電磁學和物理學的發(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），德國物理學家，于1888年首先證實了電磁波的存在。并對電磁學有很大的貢獻，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
小學校的實驗經(jīng)費少得可憐，他卻一點一滴造出一間精密的電磁實驗室。系上教三角學的多爾(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)則準確的?！?赫茲的自信沒有錯，十九世紀全世界最懂電磁波實驗的有兩人，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正教授資格，并在那里發(fā)現(xiàn)電磁波。 1885年，吉爾大學準備晉升赫茲為副教授，但他不愿獲得一個純理論物理學家的職位。正在此時，卡爾斯魯厄工業(yè)大學準備給予赫茲物理學教授職位?？紤]到該大學有較好的物理研究所，于是他便來到了卡爾斯魯厄大學。起初赫茲在卡爾斯魯厄感到有些孤獨，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的電磁波實驗。
簽名
赫茲
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赫茲在柏林大學隨赫爾姆霍茲學物理時，受赫爾姆霍茲之鼓勵研究麥克斯韋電磁理論，當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驗來證實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，設計了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當感應線圈的電流突然中斷時，其感應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，頻率高達數(shù)百萬周。由麥克斯韋理論，此火花應產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設計了一簡單的檢波器來探測此電磁波。他將一小段導線彎成圓形，線的兩端點間留有小電火花隙。因電磁波應在此小線圈上產(chǎn)生感應電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內，檢波器距振蕩器10米遠，結果他發(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。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。正如麥克斯韋預測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實驗成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。赫茲在實驗時曾指出，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世紀無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實驗不僅證實麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達的發(fā)展找到了途徑。
英年早逝
1894年37歲的赫茲因為敗血癥在波恩英年早逝。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。
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?。而他的妻子在他死后并沒有改嫁。 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，詢問有關她父親的事，并在不久之后出版了一本有關海因里希?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婚，因此他沒有任何后裔。
主要貢獻
赫茲實驗
赫茲對人類文明作出了很大貢獻，正當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次數(shù)的計量。赫茲的名字來自于德國物理學家海因里?！?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。在通信應用中，用作信號傳輸?shù)囊话愣际墙涣麟姟３收易兓慕涣麟娦盘?，隨著時間的變化，其幅度時正、時負，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秒鐘內的重復變化次數(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家，1887年，是他通過實驗證實了電磁波的存在。后人為了紀念他，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
光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(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。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，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度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，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。可事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規(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。光電效應由德國物理學家赫茲于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（Photoelectric effect）。光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。光電效應里，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，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)，從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量，f0是光電效應發(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期），可能是因為系統(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而獲得1921年諾貝爾物理學獎。
接觸力學
接觸力學是研究相互接觸的物體之間如何變形的一門學科。赫茲1882年發(fā)表了關于接觸力學的著名文章“關于彈性固體的接觸(On the contact of elastic solids)”，赫茲進行這方面研究的初衷是為了理解外力如何導致材料光學性質的改變。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)，以此實驗觀察，赫茲假設玻璃球對棱鏡施加的壓力也為橢圓分布。隨后他根據(jù)壓力分布計算了玻璃球導致的棱鏡的位移并反算出牛頓環(huán)，以此再和實驗觀察對比以檢驗理論的正確性。最后赫茲得到了接觸應力和法向加載力，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是沒有考慮兩個接觸體之間的結合力。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，由于表面能的存在，相互接觸的固體之間將引進一個結合力，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系。在JKR模型中，當表面能為零時，方程自然過渡到赫茲方程。推導JKR模型的前提之一是，認為兩個接觸體的所有相互作用均發(fā)生在接觸半徑之內，后來證明如果采用不同的假設會得到不同的結論。1975年，B.V.Derjaguin, V. M. Muller and Y. P. Toporov等人假設接觸體之間相互作用可以發(fā)生在接觸半徑之外，據(jù)此假設提出了所謂的DMT模型試圖考慮結合力的影響。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理論是涉及到接觸體的各種科學及工程研究中不可缺少的工具之一。因此赫茲在接觸力學領域所作出的貢獻不應該被他在電磁學領域杰出的成就而忽視。
(1)赫茲證明電磁波存在的實驗
赫茲是亥姆霍茲的學生，在老師的影響和要求下，他深入研究了電磁理論。1879年，德國柏林科學院懸獎征解，向當時科學界征求對麥克斯韋電磁理論進行實驗驗證，促使年輕的赫茲萌發(fā)了進行電磁波實驗的雄心壯志。
赫茲的實驗裝置一部分如。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。銅球表面仔細磨光，兩棒分別接到感應圈的兩端，當通電時，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節(jié)，從零點幾毫米調到幾毫米。當放在適當位置時，f間隙會跟隨AA′產(chǎn)生火花放電，火花可長達6-7毫米。B環(huán)可圍繞平行于AA′面的法線mn旋轉，旋轉到不同位置，f放電的火花長度不一樣。當f處于a或a′時，完全沒有火花；轉動些許角度，開始會產(chǎn)生火花；轉至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驗是直接測出電磁波的傳播速度。他用的裝置如下：導體AA′（赫茲稱之為原導體）在感應圈的激勵下產(chǎn)生電磁波。AA′平面與地板垂直，在圖中赫茲標了一條基線rs，下面是距離標記從離AA′中心點45厘米處計程。
實驗在一間15×14米的大教室進行，在基線的12米內無任何家具。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厘米的方形導線框B。
麥克斯韋
(3)觀察到電磁波有聚焦、直進、反射、折射和偏振現(xiàn)象
為了進一步考察電磁波的性質，赫茲又設計了一系列實驗，其中有聚焦、直進性、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，調整感應圈使發(fā)射振子產(chǎn)生電火花。當兩柱面正好面對時，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性的性質。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日向柏林科學院作了題為《論電輻射》的報告，他以充分的實驗證據(jù)全面證實了電磁波和光波的同一性。他寫道："我認為這些實驗有力地鏟除了對光、輻射熱和電磁波動之間的同一性的任何懷疑"。
人物關系
古斯塔夫·路德維希·赫茲
侄子
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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