Heinrich Rudolf Hertz

Resumen

Heinrich Rudolf Hertz (alemán: 22 de febrero de 1857 – 1 de enero de 1894) fue un físico alemán que demostró por primera vez la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones del electromagnetismo de James Clerk Maxwell. La unidad de frecuencia, ciclo por segundo, recibió el nombre de «hertz» en su honor.

Heinrich Rudolf Hertz nació en 1857 en Hamburgo, entonces estado soberano de la Confederación Alemana, en el seno de una próspera y culta familia hanseática. Su padre era Gustav Ferdinand Hertz. Su madre era Anna Elisabeth Pfefferkorn.

Mientras estudiaba en la Gelehrtenschule des Johanneums de Hamburgo, Hertz mostró aptitudes para las ciencias y los idiomas, aprendiendo árabe y sánscrito. Estudió ciencias e ingeniería en las ciudades alemanas de Dresde, Múnich y Berlín, donde estudió con Gustav R. Kirchhoff y Hermann von Helmholtz. En 1880, Hertz se doctoró en la Universidad de Berlín, y durante los tres años siguientes permaneció para realizar estudios posdoctorales con Helmholtz, sirviendo como su asistente. En 1883, Hertz aceptó un puesto de profesor de física teórica en la Universidad de Kiel. En 1885, Hertz se convirtió en profesor titular de la Universidad de Karlsruhe.

En 1886, Hertz se casó con Elisabeth Doll, 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 llegó a ser una notable bióloga. Durante esta época, Hertz llevó a cabo sus investigaciones sobre las ondas electromagnéticas, que marcaron un hito.

El 3 de abril de 1889, Hertz asumió el cargo de catedrático de física y director del Instituto de Física de Bonn, puesto que ocupó hasta su muerte. Durante este tiempo trabajó en la 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.

En 1892, a Hertz se le diagnosticó una infección (tras un ataque de migrañas graves) y se sometió a operaciones para tratar la enfermedad. Murió tras las complicaciones de la cirugía en los intentos de arreglar la enfermedad que le causaba esas migrañas, que algunos consideran que era una afección ósea maligna. Murió a la edad de 36 años en Bonn, Alemania, en 1894, y fue enterrado en el cementerio de Ohlsdorf, en Hamburgo.

La esposa de Hertz, Elisabeth Hertz (1864-1941), no volvió a casarse. Hertz dejó dos hijas, Johanna (1887-1967) y Mathilde (1891-1975). Las hijas de Hertz nunca se casaron, y no tiene descendientes.

Ondas electromagnéticas

En 1864, el físico matemático escocés James Clerk Maxwell propuso una teoría completa del electromagnetismo, ahora llamada ecuaciones de Maxwell. La teoría de Maxwell predecía que los campos eléctricos y magnéticos acoplados podían viajar por el espacio como una «onda electromagnética». Maxwell propuso que la luz estaba formada por ondas electromagnéticas de corta longitud de onda, pero nadie había sido capaz de demostrarlo, ni de generar o detectar ondas electromagnéticas de otras longitudes de onda.

Durante los estudios de Hertz en 1879, Helmholtz sugirió que la tesis doctoral de Hertz versara sobre la comprobación de la teoría de Maxwell. Helmholtz también había propuesto el problema del «Premio de Berlín» ese año en la Academia Prusiana de Ciencias para quien pudiera demostrar experimentalmente un efecto electromagnético en la polarización y despolarización de los aislantes, algo predicho por 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 comprobarlo experimentalmente, Hertz pensó que era demasiado difícil, y trabajó en cambio en la inducción electromagnética. Durante su estancia en Kiel, Hertz realizó un análisis de las ecuaciones de Maxwell, demostrando que tenían más validez que las teorías de la «acción a distancia» que entonces prevalecían.

Después de que Hertz recibiera su cátedra en Karlsruhe, estaba experimentando con un par de espirales de Riess en el otoño de 1886 cuando notó que al descargar una jarra de Leyden en una de estas bobinas se producía una chispa en la otra. Con una idea sobre cómo construir un aparato, Hertz tenía ahora una forma de proceder con el problema del «Premio de Berlín» de 1879 sobre la demostración de la teoría de Maxwell (aunque el premio real había expirado sin ser recogido en 1882). Utilizó una antena dipolo que consistía en dos cables colineales de un metro con un hueco de chispa entre sus extremos interiores, y esferas de zinc unidas a los extremos exteriores para la capacitancia, como radiador. La antena era excitada por impulsos de alta tensión de unos 30 kilovoltios aplicados entre los dos lados desde una bobina de Ruhmkorff. Recibió las ondas con una antena resonante de un solo bucle con una chispa micrométrica entre los extremos. Este experimento producía y recibía lo que ahora se denomina ondas de radio en la gama de muy alta frecuencia.

Entre 1886 y 1889, Hertz llevó a cabo una serie de experimentos que demostrarían que los efectos que observaba eran resultado de las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell. Comenzando en noviembre de 1887 con su trabajo «Sobre los efectos electromagnéticos producidos por las perturbaciones eléctricas en los aislantes», Hertz envió una serie de trabajos a Helmholtz en la Academia de Berlín, incluyendo trabajos en 1888 que mostraban ondas electromagnéticas transversales en el espacio libre que viajaban a una velocidad finita a lo largo de una distancia. En el aparato que utilizó Hertz, los campos eléctricos y magnéticos se irradiaban fuera de 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 onda tenía una longitud de unos 4 metros. Utilizando el detector de anillo, registró cómo variaba la magnitud de la onda y la dirección de su componente. Hertz midió las ondas de Maxwell y demostró que la velocidad de estas ondas era igual a la velocidad de la luz. Hertz también midió la intensidad del campo eléctrico, la polarización y la reflexión de las ondas. Estos experimentos establecieron que tanto la luz como estas ondas eran una forma de radiación electromagnética que obedecía a las ecuaciones de Maxwell. Es posible que Hertz no fuera el primero en descubrir el fenómeno de las ondas de radio: David Edward Hughes pudo haber detectado su existencia nueve años antes, pero no publicó sus hallazgos.

Hertz no se dio cuenta de la importancia práctica de sus experimentos con ondas de radio. Afirmó que,

La prueba de Hertz de la existencia de ondas electromagnéticas en el aire dio lugar a una explosión de experimentación con esta nueva forma de radiación electromagnética, que se denominó «ondas hertzianas» hasta que alrededor de 1910 se impuso el término «ondas de radio». En 10 años, investigadores como Oliver Lodge, Ferdinand Braun y Guglielmo Marconi emplearon las ondas de radio en los primeros sistemas de comunicación por radio telegráfica, lo que dio lugar a la radiodifusión 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 sin hilos». Hoy en día, la radio es una tecnología esencial en las redes mundiales de telecomunicaciones y el medio de transmisión subyacente a los modernos dispositivos inalámbricos.

En 1892, Hertz comenzó a experimentar y demostró que los rayos catódicos podían penetrar una lámina metálica muy fina (como el aluminio). Philipp Lenard, alumno de Heinrich Hertz, siguió investigando este «efecto rayo». Desarrolló una versión del tubo catódico y estudió la penetración de los rayos X en diversos materiales. Sin embargo, Lenard no se dio cuenta de que estaba produciendo rayos X. Hermann von Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para los rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. Se basó en la teoría electromagnética de la luz (Wiedmann»s Annalen, Vol. XLVIII). Sin embargo, no trabajó con rayos X reales.

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 (que fue su profesor en un curso de laboratorio en la Politécnica de Múnich en el verano de 1878). Como ayudante de Helmholtz en Berlín, contribuyó con algunos artículos menores en este campo, incluyendo investigaciones 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.

El sobrino de Heinrich Hertz, Gustav Ludwig Hertz, fue premio Nobel, y el hijo de Gustav, Carl Helmut Hertz, inventó la ultrasonografía médica. Su hija Mathilde Carmen Hertz fue una conocida bióloga y psicóloga comparativa. 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.

En 1928 se fundó en Berlín el Instituto Heinrich-Hertz para la Investigación de Oscilaciones. Hoy se conoce como Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones, Instituto Heinrich Hertz, HHI.

En 1969, en Alemania del Este, se creó una medalla en memoria de Heinrich Hertz. La medalla Heinrich Hertz del IEEE, creada en 1987, es «por los logros sobresalientes en las ondas hertzianas que se presentan anualmente a una persona por logros que son de naturaleza teórica o experimental».

El radiotelescopio submilimétrico del monte Graham (Arizona), construido en 1992, lleva su nombre.

Un cráter que se encuentra en la cara más lejana de la Luna, justo detrás del limbo oriental, lleva su nombre en su honor. El mercado Hertz de productos radioelectrónicos de Nizhny Novgorod (Rusia) lleva su nombre. La torre de radiocomunicación Heinrich-Hertz-Turm de Hamburgo lleva el nombre del famoso hijo de la ciudad.

Hertz es honrado por Japón con la pertenencia a la Orden del Tesoro Sagrado, que tiene múltiples niveles de honor para personas destacadas, incluidos los científicos.

Heinrich Hertz ha sido homenajeado por varios países de todo el mundo en sus emisiones postales, y en los tiempos posteriores a la Segunda Guerra Mundial ha aparecido también en varias emisiones de sellos alemanes.

Fuentes

  1. Heinrich Hertz
  2. Heinrich Rudolf Hertz
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