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Les étudiants en physique du monde entier connaissent les travaux de Heinrich Hertz, le physicien allemand qui a prouvé que les ondes électromagnétiques existent bel et bien. Ses travaux en électrodynamique ont ouvert la voie à de nombreuses utilisations modernes de la lumière (également connues sous le nom d’ondes électromagnétiques). L’unité de fréquence utilisée par les physiciens est appelée le Hertz en son honneur.
Faits rapides Heinrich Hertz
- Nom complet : Heinrich Rudolf Hertz
- Mieux connu pour : Preuve de l’existence des ondes électromagnétiques, du principe de la moindre courbure de Hertz et de l’effet photoélectrique.
- Né : Le 22 février 1857 à Hambourg, Allemagne
- Décédé : Le 1er janvier 1894 à Bonn, Allemagne, à l’âge de 36 ans
- Les parents : Gustav Ferdinand Hertz et Anna Elisabeth Pfefferkorn
- Conjoint : Poupée Elisabeth, mariée en 1886
- Les enfants : Johanna et Mathilde
- L’éducation : Physique et génie mécanique, a été professeur de physique dans divers instituts.
- Contributions significatives : Il a prouvé que les ondes électromagnétiques se propageaient à des distances variées dans l’air, et a résumé comment des objets de différents matériaux s’affectent mutuellement au contact.
Petite enfance et éducation
Heinrich Hertz est né à Hambourg, en Allemagne, en 1857. Ses parents étaient Gustav Ferdinand Hertz (avocat) et Anna Elisabeth Pfefferkorn. Bien que son père soit né juif, il s’est converti au christianisme et les enfants ont été élevés en tant que chrétiens. Cela n’a pas empêché les nazis de déshonorer Hertz après sa mort, en raison de la « souillure » de la judaïcité, mais sa réputation a été restaurée après la Seconde Guerre mondiale.
Le jeune Hertz a fait ses études à la Gelehrtenschule des Johanneums à Hambourg, où il a montré un profond intérêt pour les sujets scientifiques. Il a ensuite étudié l’ingénierie à Francfort sous la direction de scientifiques tels que Gustav Kirchhoff et Hermann Helmholtz. Kirchhoff s’est spécialisé dans l’étude des rayonnements, de la spectroscopie et des théories des circuits électriques. Helmholtz était un physicien qui a développé des théories sur la vision, la perception du son et de la lumière, et les domaines de l’électrodynamique et de la thermodynamique. Il n’est donc pas étonnant que le jeune Hertz se soit intéressé à certaines des mêmes théories et qu’il ait finalement fait le travail de sa vie dans les domaines de la mécanique des contacts et de l’électromagnétisme.
L’œuvre et les découvertes de la vie
Après avoir obtenu un doctorat en 1880, Hertz a occupé une série de postes de professeur où il a enseigné la physique et la mécanique théorique. Il a épousé Elisabeth Doll en 1886 et ils ont eu deux filles.
La thèse de doctorat de Hertz s’est concentrée sur les théories de l’électromagnétisme de James Clerk Maxwell. Maxwell a travaillé dans le domaine de la physique mathématique jusqu’à sa mort en 1879 et a formulé ce qui est maintenant connu sous le nom d’Équations de Maxwell. Elles décrivent, par le biais des mathématiques, les fonctions de l’électricité et du magnétisme. Il a également prédit l’existence des ondes électromagnétiques.
Le travail de Hertz s’est concentré sur cette preuve, qu’il a mis plusieurs années à obtenir. Il a construit une simple antenne dipôle avec un éclateur entre les éléments, et il a réussi à produire des ondes radio avec elle. Entre 1879 et 1889, il a fait une série d’expériences qui utilisaient les champs électriques et magnétiques pour produire des ondes qui pouvaient être mesurées. Il a établi que la vitesse des ondes était la même que celle de la lumière, et a étudié les caractéristiques des champs qu’il a générés, en mesurant leur magnitude, leur polarisation et leurs réflexions. Finalement, ses travaux ont montré que la lumière et les autres ondes qu’il mesurait étaient toutes une forme de rayonnement électromagnétique qui pouvait être définie par les équations de Maxwell. Il a prouvé par ses travaux que les ondes électromagnétiques peuvent se déplacer dans l’air et qu’elles le font.
En outre, M. Hertz s’est intéressé à un concept appelé « effet photoélectrique », qui se produit lorsqu’un objet ayant une charge électrique perd cette charge très rapidement lorsqu’il est exposé à la lumière, dans son cas, aux rayons ultraviolets. Il a observé et décrit cet effet, mais n’a jamais expliqué pourquoi il se produisait. C’est à Albert Einstein qu’on doit la publication de ses propres travaux sur cet effet. Il a suggéré que la lumière (rayonnement électromagnétique) est constituée d’énergie transportée par des ondes électromagnétiques en petits paquets appelés quanta. Les études de Hertz et les travaux ultérieurs d’Einstein sont finalement devenus la base d’une branche importante de la physique appelée mécanique quantique. Hertz et son élève Phillip Lenard ont également travaillé sur les rayons cathodiques, qui sont produits à l’intérieur des tubes à vide par des électrodes.
Le portrait d’Heinrich Hertz et les dessins de champs électriques qu’il a étudiés ont été reproduits sur un timbre-poste allemand en 1994.
Ce que Hertz a manqué
Il est intéressant de noter que Heinrich Hertz ne pensait pas que ses expériences sur les radiations électromagnétiques, en particulier les ondes radio, avaient une quelconque valeur pratique. Son attention se concentrait uniquement sur des expériences théoriques. Ainsi, il a prouvé que les ondes électromagnétiques se propageaient dans l’air (et dans l’espace). Ses travaux ont amené d’autres personnes à approfondir d’autres aspects des ondes radio et de la propagation électromagnétique. Finalement, ils sont tombés sur le concept d’utilisation des ondes radio pour envoyer des signaux et des messages, et d’autres inventeurs les ont utilisés pour créer la télégraphie, la radiodiffusion et, finalement, la télévision. Sans les travaux de Hertz, cependant, l’utilisation actuelle de la radio, de la télévision, des émissions par satellite et de la technologie cellulaire n’existerait pas. Il en va de même pour la radioastronomie, qui repose largement sur ses travaux.
Autres intérêts scientifiques
Les réalisations scientifiques de Hertz ne se sont pas limitées à l’électromagnétisme. Il a également effectué de nombreuses recherches sur le thème de la mécanique de contact, qui est l’étude des objets de matière solide qui se touchent. Les grandes questions dans ce domaine d’étude ont trait aux contraintes que les objets produisent les uns sur les autres, et au rôle que joue la friction dans les interactions entre leurs surfaces. C’est un domaine d’étude important en ingénierie mécanique. La mécanique des contacts affecte la conception et la construction d’objets tels que les moteurs à combustion, les joints, les ouvrages métalliques, et aussi les objets qui ont un contact électrique les uns avec les autres.
Les travaux de Hertz dans le domaine de la mécanique des contacts ont commencé en 1882, lorsqu’il a publié un article intitulé « On the Contact of Elastic Solids », dans lequel il travaillait en fait sur les propriétés des lentilles empilées. Il voulait comprendre comment leurs propriétés optiques seraient affectées. Le concept de « contrainte hertzienne » porte son nom et décrit les contraintes précises que subissent les objets lorsqu’ils entrent en contact les uns avec les autres, en particulier dans les objets courbes.
Le troisième âge
Heinrich Hertz a travaillé sur ses recherches et ses conférences jusqu’à sa mort le 1er janvier 1894. Sa santé a commencé à décliner plusieurs années avant sa mort, et il y avait des preuves qu’il avait un cancer. Ses dernières années ont été consacrées à l’enseignement, à des recherches plus poussées et à plusieurs opérations pour soigner son état. Sa dernière publication, un livre intitulé « Die Prinzipien der Mechanik » (Les principes de la mécanique), a été envoyée à l’imprimeur quelques semaines avant sa mort.
Honneurs
Hertz a été honoré non seulement par l’utilisation de son nom pour la période fondamentale d’une longueur d’onde, mais son nom apparaît sur une médaille commémorative et un cratère sur la Lune. Un institut appelé Institut Heinrich-Hertz pour la recherche sur les oscillations a été fondé en 1928, connu aujourd’hui sous le nom d’Institut Fraunhofer pour les télécommunications, Institut Heinrich Hertz, HHI. La tradition scientifique s’est poursuivie avec différents membres de sa famille, dont sa fille Mathilde, qui est devenue une biologiste célèbre. Un neveu, Gustav Ludwig Hertz, a remporté un prix Nobel, et d’autres membres de la famille ont apporté des contributions scientifiques importantes en médecine et en physique.
Bibliographie
- « Heinrich Hertz et les radiations électromagnétiques. » AAAS – The World’s Largest General Scientific Society, www.aaas.org/heinrich-hertz-and-electromagnetic-radiation. www.aaas.org/heinrich-hertz-and-electromagnetic-radiation.
- Notions de microscopie d’expressions moléculaires : Techniques de microscopie spécialisées – Galerie d’images numériques de fluorescence – Cellules épithéliales de rein de singe vert d’Afrique normale (Vero), micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/hertz.html.
- http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Hertz_Heinrich.html « Heinrich Rudolf Hertz. » Biographie de Cardan, www-history.mcs.st-and.ac.uk/Biographies/Hertz_Heinrich.html.
