Enrique Hertz
Heinrich Rudolf Hertz (HURTS; alemán: [ˈhaɪnʁɪç ˈhɛʁts]; 22 de febrero de 1857 - 1 de enero de 1894) fue un físico alemán que demostró por primera vez de manera concluyente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones de electromagnetismo de James Clerk Maxwell. La unidad de frecuencia, ciclo por segundo, se denominó "hertz" en su honor.
Biografía
Heinrich Rudolf Hertz nació en 1857 en Hamburgo, entonces un estado soberano de la Confederación Alemana, en una familia hanseática próspera y culta. Su padre fue Gustav Ferdinand Hertz. Su madre fue Anna Elisabeth Pfefferkorn.
Mientras estudiaba en la Gelehrtenschule des Johanneums en Hamburgo, Hertz mostró aptitudes para las ciencias además de los idiomas, aprendiendo árabe. Estudió ciencias e ingeniería en las ciudades alemanas de Dresden, 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 para realizar estudios postdoctorales con Helmholtz, sirviendo como su asistente. En 1883, Hertz asumió el cargo de profesor de física teórica en la Universidad de Kiel. En 1885, Hertz se convirtió en profesor titular en la Universidad de Karlsruhe.
En 1886, Hertz se casó con Elisabeth Doll, la 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 convertiría en una destacada bióloga. Durante este tiempo, Hertz llevó a cabo su histórica investigación sobre las ondas electromagnéticas.
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 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.
Muerte
En 1892, a Hertz se le diagnosticó una infección (después de un ataque de migrañas severas) y se sometió a operaciones para tratar la enfermedad. Murió después de complicaciones en la cirugía en un intento de arreglar su condición que estaba causando estas migrañas, que algunos consideran que fue una condición ósea maligna. Murió a la edad de 36 años en Bonn, Alemania, en 1894, y fue enterrado en el cementerio Ohlsdorf de Hamburgo.
La esposa de Hertz, Elisabeth Hertz (née Doll; 1864–1941), no se volvió a casar y le sobrevivieron sus hijas, Johanna (1887–1967) y Mathilde (1891– 1975). Nunca se casó ni tuvo hijos, por lo que Hertz no tiene descendientes vivos.
Trabajo científico
Ondas electromagnéticas
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 consistía en ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, pero nadie había podido demostrarlo, ni generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda.
Durante los estudios de Hertz en 1879, Helmholtz sugirió que la disertación doctoral de Hertz fuera sobre la prueba de la teoría de Maxwell. Helmholtz también había propuesto el "Premio de Berlín" problema ese año en la Academia de Ciencias de Prusia para cualquiera que pudiera probar experimentalmente un efecto electromagnético en la polarización y despolarización de los aisladores, algo que predecía la teoría de Maxwell. Helmholtz estaba seguro de que Hertz era el candidato más probable para ganarlo. Al no ver ninguna forma de construir un aparato para probar esto experimentalmente, Hertz pensó que era demasiado difícil y, en cambio, trabajó en la inducción electromagnética. Hertz produjo un análisis de las ecuaciones de Maxwell durante su tiempo en Kiel, mostrando que tenían más validez que la 'acción a distancia' predominante en ese momento. teorías
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 descargar una botella de Leyden en una de estas bobinas producía una chispa en la otra bobina. Con una idea sobre cómo construir un aparato, Hertz ahora tenía una forma de proceder con el "Premio de Berlín" problema de 1879 sobre la prueba de la teoría de Maxwell (aunque el premio real había expirado sin cobrarse en 1882). 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 la capacitancia, como un radiador. La antena fue excitada por pulsos de alto voltaje de unos 30 kilovoltios aplicados entre los dos lados de una bobina de Ruhmkorff. Recibió las ondas con una antena resonante de un solo bucle con un espacio de chispa micrométrico entre los extremos. Este experimento produjo y recibió lo que ahora se llama ondas de radio en el rango de frecuencia muy alta.
Entre 1886 y 1889, Hertz realizó una serie de experimentos que probarían que los efectos que estaba observando eran el resultado 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 en una distancia. En el aparato que usó 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 tenía unos 4 metros de largo. Usando el detector de anillo, registró cómo variaban 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. También se midió en Hertz 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.
Hertz no se dio cuenta de la importancia práctica de sus experimentos con ondas de radio. Dijo que,
No sirve de nada... esto es sólo un experimento que prueba que el Maestro Maxwell tenía razón... sólo tenemos estas misteriosas ondas electromagnéticas que no podemos ver con el ojo desnudo. Pero están ahí.
Cuando se le preguntó acerca de las aplicaciones de sus descubrimientos, Hertz respondió:
Nada, supongo.
La prueba de Hertz de la existencia de ondas electromagnéticas en el aire condujo a una explosión de experimentación con esta nueva forma de radiación electromagnética, que se denominó "ondas hertzianas" hasta alrededor de 1910 cuando el término "ondas de radio" se hizo actual. En 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 condujo a la transmisión de radio 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". 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.
Rayos catódicos
En 1892, Hertz comenzó a experimentar y demostró que los rayos catódicos podían penetrar láminas de metal muy delgadas (como el aluminio). Philipp Lenard, alumno de Heinrich Hertz, investigó más a fondo este "efecto de rayos". Desarrolló una versión del tubo catódico y estudió la penetración de rayos X de varios materiales. Sin embargo, Lenard no se dio cuenta de que estaba produciendo rayos X. Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para 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 (Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII). Sin embargo, no trabajó con rayos X reales.
Efecto fotoeléctrico
Hertz ayudó a establecer el efecto fotoeléctrico (que luego fue explicado por Albert Einstein) cuando notó que un objeto cargado pierde su carga más rápidamente cuando es iluminado por 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 consistía en una bobina con un espacio de chispa, por lo que 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.
Mecánicos de contacto
En 1881 y 1882, Hertz publicó dos artículos sobre lo que se conocería como el campo de la mecánica de contacto, que resultó ser una base importante para teorías posteriores en el campo. Joseph Valentin Boussinesq publicó algunas observaciones de importancia crítica sobre el trabajo de Hertz, sin embargo, estableció que este trabajo sobre la mecánica de contacto es de inmensa importancia. Su trabajo básicamente resume cómo dos objetos simétricos al eje colocados en contacto se comportarán bajo carga, obtuvo resultados basados en la teoría clásica de la elasticidad y la mecánica continua. El defecto más significativo de su teoría fue el descuido de cualquier tipo de adhesión entre los dos sólidos, lo que demuestra ser importante a medida que los materiales que componen los sólidos comienzan a asumir una gran elasticidad. Sin embargo, era natural descuidar la adhesión en ese momento, ya que no había métodos experimentales para probarla.
Para desarrollar su teoría, Hertz usó 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 en la lente. Kenneth L. Johnson, K. Kendall y A. D. Roberts (JKR) usaron esta teoría como base al calcular el desplazamiento teórico o profundidad de indentación en presencia de adherencia en 1971. La teoría de Hertz es recuperados de su formulación si se supone que la adherencia de los materiales es cero. De manera similar a esta teoría, aunque utilizando diferentes supuestos, B. V. Derjaguin, V. M. Muller y Y. P. Toporov publicaron otra teoría en 1975, que llegó a ser conocida como la teoría DMT en la comunidad de investigación, que también recuperó las formulaciones de Hertz bajo el supuesto de cero adherencia. Esta teoría DMT resultó ser prematura y necesitó varias revisiones antes de que llegara a ser aceptada como otra teoría de 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 fue nombrado como uno de los 23 "Hombres de la tribología" por Duncan Dowson. A pesar de preceder a su gran obra sobre el electromagnetismo (que él mismo consideraba trivial con su sobriedad característica), la investigación de Hertz sobre la mecánica de contacto ha facilitado la era de la nanotecnología.
Hertz también describió el "cono hertziano", un tipo de modo de fractura en sólidos frágiles causado por la transmisión de ondas de tensión.
Meteorología
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, un nuevo tipo de higrómetro y un medio gráfico para determinar las propiedades del aire húmedo cuando se somete a cambios adiabáticos.
Tratamiento del Tercer Reich
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 la afiliación religiosa.
El nombre de Hertz fue eliminado de 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.
Su familia también fue perseguida por su condición de no arios. La hija menor de Hertz, Mathilde, perdió una cátedra en la Universidad de Berlín después de que los nazis llegaran al poder y, a los pocos años, ella, su hermana y su madre abandonaron Alemania y se establecieron en Inglaterra.
Legado y honores
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.
La unidad SI hertz (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).
En 1928 se fundó en Berlín el Instituto Heinrich-Hertz para la Investigación de Oscilaciones. Hoy conocido como Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones, Instituto Heinrich Hertz, HHI.
En 1969, en Alemania Oriental, se emitió una medalla conmemorativa de Heinrich Hertz.
La Medalla IEEE Heinrich Hertz, establecida en 1987, es "por logros destacados en ondas hertzianas [...] presentada anualmente a una persona por logros que son teóricos o de naturaleza experimental".
El radiotelescopio submilimétrico de Mt. Graham, Arizona, construido en 1992, lleva su nombre.
Un cráter que se encuentra en el lado opuesto de la Luna, justo detrás del extremo este, es el cráter Hertz, llamado así en su honor.
En su cumpleaños en 2012, Google honró a Hertz con un garabato de Google, inspirado en el trabajo de su vida, en su página de inicio.
Obras
- Ueber die Inducción en rotirenden Kugeln (en alemán). Berlín: Schade. 1880.
- Die Prinzipien der Mechanik en neuem Zusammenhange dargestellt (en alemán). Leipzig: Johann Ambrosius Barth. 1894.
- Schriften vermischten Inhalts (en alemán). Leipzig: Johann Ambrosius Barth. 1895.
Ueber die Inducción en rotirenden Kugeln, 1880
Schriften vermischten Inhalts, 1895
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