２０20年２月２２日是電磁波之父海因里?！?shù)婪颉ず掌潱℉einrich Rudolf Hertz）誕辰１63周年的紀(jì)念日。

人物簡介
　　赫茲出生在德國漢堡一個改信基督教的猶太家庭。父親是漢堡城的一名顧問，母親是一位醫(yī)生的女兒。在他去柏林大學(xué)就讀之前就已經(jīng)展現(xiàn)出良好的科學(xué)和語言天賦，喜歡學(xué)習(xí)阿拉伯語和梵文。他曾經(jīng)在德國德累斯頓、慕尼黑和柏林等地學(xué)習(xí)科學(xué)和工程學(xué)。他是古斯塔夫·基爾霍夫和赫爾曼·范·亥姆霍茲的學(xué)生。1880年赫茲獲得博士學(xué)位，但繼續(xù)跟隨亥姆霍茲學(xué)習(xí)，直到1883年他收到來自基爾大學(xué)出任理論物理學(xué)講師的邀請。1885年他獲得卡爾斯魯厄大學(xué)正教授資格，并在那里發(fā)現(xiàn)電磁波。赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時，受赫爾姆霍茲之鼓勵研究麥克斯韋電磁理論，當(dāng)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(shè)計了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時，其感應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設(shè)計了一簡單的檢波器來探測此電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形，線的兩端點間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi)，檢波器距振蕩器10米遠，結(jié)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(yīng)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(yù)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(dǎo)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(jì)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。隨著邁克爾遜在1881年進行的實驗和1887年的邁克爾遜-莫雷實驗推翻了光以太的存在，赫茲改寫了麥克斯韋方程組，將新的發(fā)現(xiàn)納入其中。通過實驗，他證明電信號象詹姆士·麥克斯韋和邁克爾·法拉第預(yù)言的那樣可以穿越空氣，這一理論是發(fā)明無線電的基礎(chǔ)。他注意到帶電物體當(dāng)被紫外光照射時會很快失去它的電荷，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng) （后來由阿爾伯特·愛因斯坦給予解釋）。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(xué)。
人物成就
　　海因里希·魯?shù)婪颉ず掌潱℉einrich Rudolf Hertz）在1886年至1888年間首先通過試驗驗證了麥克斯韋爾的理論。他證明了無線電輻射具有波的所有特性，并發(fā)現(xiàn)電磁場方程可以用偏微分方程表達，通常稱為波動方程。1887年11月5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為《論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象》的論文中，總結(jié)了這個重要發(fā)現(xiàn)。接著，赫茲還通過實驗確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等，并且實驗了兩列電磁波的干涉，同時證實了在直線傳播時，電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。并且進一步完善了麥克斯韋方程組，使它更加優(yōu)美、對稱，得出了麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。此外，赫茲又做了一系列實驗。他研究了紫外光對火花放電的影響，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，即在光的照射下物體會釋放出電子的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)，后來成了愛因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。1888年1月，赫茲將這些成果總結(jié)在《論動電效應(yīng)的傳播速度》一文中。赫茲實驗公布后，轟動了全世界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。隨著邁克爾遜在1881年進行的實驗和1887年的邁克爾遜-莫雷實驗推翻了光以太的存在，赫茲改寫了麥克斯韋方程組，將新的發(fā)現(xiàn)納入其中。通過實驗，他證明電信號象詹姆士·麥克斯韋和邁克爾·法拉第預(yù)言的那樣可以穿越空氣，這一理論是發(fā)明無線電的基礎(chǔ)。他注意到帶電物體當(dāng)被紫外光照射時會很快失去它的電荷，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，后來由阿爾伯特·愛因斯坦給予解釋。
科學(xué)貢獻
　　赫茲對人類文明作出了很大貢獻，正當(dāng)人們對他寄以更大期望時，海因里希·魯?shù)婪颉ず掌潊s于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀(jì)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(fù)次數(shù)的計量。赫茲的名字來自于德國物理學(xué)家海因里?！?shù)婪颉ず掌?。其符號是Hz。電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應(yīng)用中，用作信號傳輸?shù)囊话愫率墙涣麟?。呈正弦變化的交流電信號，隨著時間的變化，其幅度時正、時負(fù)，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(nèi)的重復(fù)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(guān)系： f=1/T ，v=λ.f ，其中，v是電磁波的傳播速度，等于3xlO^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(xué)家，1887年，是他通過實驗證實了電磁波的存在。后人為了紀(jì)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(biāo)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(diào)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。
光電效應(yīng)
　　光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)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(yīng)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，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(yīng)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(guān)，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(yīng)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?？墒聦嵤?，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(fù)九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴(yán)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(yīng)由德國物理學(xué)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(yīng)（Photoelectric effect）。光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光電效應(yīng)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(guān)，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(nèi)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<W，電子就不能脫出金屬的表面。對于一定的金屬，產(chǎn)生光電效 應(yīng)的最小光頻率（極限頻率） υ0。由 hυ0=W確定。相應(yīng)的極限波長為 λ0=C/υ0=hc/W。發(fā)光強度增加使照射到物體上的光子的數(shù)量增加，因而發(fā)射的光電子數(shù)和照射光的強度成正比。③利用光電效應(yīng)可制造光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)中移出一個電子所需的最小能量，f0是光電效應(yīng)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(zhì)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(biāo)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(yù)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(yīng)而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。
英年早逝
　　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，赫茲終于在德國波恩離世，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)贍柕隆?而他的妻子在他死后并沒有改嫁。 1930那年代，希特勒崛起，他的妻子和三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(guān)她父親的事，并在不久之后出版了一本有關(guān)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(jié)婚，因此他沒有任何后裔。