高中物理 第4章 电磁波及其应用

高中物理 第4章 电磁波及其应用

赫兹 ‎ 赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857～1894)德国物理学家。‎1857年2月22日生于汉堡。青少年时期，勤奋好学，在数学、物理实验等方面显示了出众的才华与能力。1876年进入德累斯顿理工学院学习工程，但在那里只学了一个短暂时期，就去铁路军团服役一年。1877年考人慕尼黑大学，学习数理科学。1878年又转人柏林大学成为亥姆霍兹的学生并做研究工作。他对于理论和实验都很重视，学习比较全面。 1879年因解决亥姆霍兹提出的导体中的运动电荷有无惯性质量这一问题获金质奖章而初露锋芒。1880年以《旋转导体的电磁感应》一文获博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年任基尔大学物理学讲师；1885～1889年任卡尔斯鲁厄高等工业大学物理学教授；1889年起接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。‎1894年1月1日。因血液中毒在波恩逝世，年仅36岁。‎ 赫兹在物理学上的主要贡献是发现电磁波。当时人们对电磁理论的认识还很不一致。1879年，亥姆霍兹为柏林科学院设计的重金悬赏中，提出了用实验证明以下课题：变化磁力必然使绝缘体介质极化（产生位移电流），而位移电流又必然产生磁效应，这两个假设在空气或真空中也同样成立。如果成功，电磁学就能“从无路的荒原”中走出来，验证麦克斯韦电磁波的理论和预言。‎ 赫兹首先在1884年他的一篇理论性论文中提出源和场统一的思想，通过引入磁流矢势把麦克斯韦方程改写为四个矢量方程。这为他后来的重要实验奠定了思想基础。但当时还缺乏产生和检验快速振荡的仪器，因他还不敢接受亥姆霍兹要求他研究上述课题的要求。‎ ‎1886年10月，赫兹在物理实验室仓库发现两个演示用的大线圈，他还发现，当初级线圈有脉动电流时，近旁未闭合的次级线圈打出了火花。而且次级线圈在某些位置上没有火花发生（“中性点”）。赫兹敏锐地抓住这一偶然现象，相信柏林科学院的问题能够解决了。接着他进行了一系列实验：设计出直线型开放振荡器以产生频率极高的电振荡；设计出带火花隙的单线线圈作为检验器（火花的距离可以调节）。接着，于‎1887年11月5日，他在《论绝缘体中电扰动产生的电磁效应》一文中叙述了他利用上述高频发射器AA’与检测器B，检验出置于C处的金属与绝缘板（如沥青、纸、干木、石蜡、汽油槽）对周围电磁场（包括各中性点）的影响。从而证明了绝缘介质中产生的迅速交替极化即位移电流的存在，获得柏林科学院奖。‎ 为了证明这种位移电流也存在子空气或真空中，他在1888年1月通过驻波方法测出电磁波的速度。办法是在一间暗教室中的墙上钉一块的锌板，用来反射电磁波并与发射波叠加形成驻波。利用小车上的检验器测出波节（无火花）与波腹（火花最强），由此可根据测出的驻波波长与波源频率算出电磁波速度，证明与光波速度一致。赫兹还进一步在1888年夏季证明了电磁波与光波有同样的性质：直线传播（通过垂直方向的锌板有阴影区），反射（高‎2m孔径为‎1.2 m的抛物面反射镜使电磁波聚焦），折射（高‎1.2 m顶角为 30°的沥青棱镜使电磁波偏折，折射率为1.69），偏振（通过钢丝屏做成的金属栅）等等。‎1888年1月21日赫兹完成他的著名论文《论电动力学作用的传播速度》，成了人们规定电磁波发现的日期。这些实验对于确立麦克斯韦理论的地位具有十分重大的意义。爱因斯坦评价说：“只是等到赫兹以实验证实了麦克斯韦电磁波的存在以后，对新理论的抵抗才被打垮。”可以说，赫兹的卓越实验，为麦克斯韦的理论添上了至关重要的一笔。其后迅速发展起来的无线通讯技术，则是直接受惠于赫兹的无与伦比的实验。‎ 他的研究工作，还包括气象、材料硬度等方面，尤其在光电效应与阴极射线等方面，成果更为突出。1891年开始撰写《力学原理》一书，试图通过力学把物理学各领域统一起来。‎ 物理学大师们对赫兹的工作给予高度评价。爱因斯坦指出：“伟大的变革是由法拉第、麦克斯韦和赫兹带来的”，说明了赫兹的工作对物理学发展所起的不可磨灭的作用。普朗克在一封信中赞扬他：“在人们关注电波的时候，赫兹是这一代的冠军。我们物理学会的成员沐浴着他的光辉，也将分享他的荣耀。”他英年早逝，在他的能力和经历正要把他推向对物理学做更大贡献的关头，他的生命结束了。‎ 为了纪念他的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹。‎