​「发明创造的故事」（123）-赫兹证实电磁波的存在

「发明创造的故事」（123）-赫兹证实电磁波的存在

赫兹证实电磁波的存在

海因里希•鲁道夫•赫兹

海因里希•鲁道夫•赫兹,德国物理学家, 1857年2月22日出生在德国汉堡。早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程,由于对自然科学的爱好,次年转入柏林大学,在物理学教授亥姆霍兹的指导下学习。

1880年赫兹获得博士学位，但继续跟随亥姆霍兹学习，1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年,接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授,直到逝世。

赫兹对人类的贡献是:用实验证实了电磁波的存在;测出电磁波传播的速度跟光速相同;观察到电磁波有聚焦、直进、反射、折射和偏振现象;证明了当原子受到电子的冲击激发而发射谱线的光电效应。

赫兹在柏林大学随亥姆霍兹学物理时,受亥姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论。当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论，因此赫兹就决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论,电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理,设计了一套电磁波发生器,赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时,其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后,电荷便经由电火花隙在锌板间振荡,频率高达数百万周。由麦克斯韦理论,此火花应产生电磁波,于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形,线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压,而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内,检波器距振荡器10米远,结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板,入射波与反射波重叠应产生驻波,他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率,又以检波器量得驻波的波长,二者乘积即电磁波的传播速度。

赫兹的实验装置

1887年11月5日,赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中,总结了这个重要发现.接着,赫兹还通过实验确认了电磁波是横波,可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振,并且实验了两列电磁波的干涉,同时证实了在直线传播时,电磁波的传播速度与光速相同,由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波,其电场平行于振荡器的导线,而磁场垂直于电场,且两者均垂直传播方向。从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性.并且进一步完善了麦克斯韦方程组,使它更加优美、对称,得出了麦克斯韦方程组的现代形式.

此外,赫兹又做了一系列实验.他研究了紫外光对火花放电的影响,发现了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子的现象.这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础.

1888年, 电磁波理论成了近代科学史上的一座里程碑.赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦发现的真理,更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。

赫兹对人类文明作出了很大贡献,正当人们对他寄以更大期望时,他却于1894年元旦因血中毒逝世,年仅36岁。为了纪念他的功绩,人们用他的名字来命名各种波动频率的单位“赫兹”, 其符号是Hz。