光學簡史之十:赫茲證實了光是一種電磁波,可是感到了一絲寒意

2020-12-05 科學背後的故事

1886年,赫茲雙喜臨門了,一個是他獲得了卡爾斯魯厄大學獲得了教授職位,另一個呢,就是他遇到了心愛的姑娘。

赫茲夫婦

伊莉莎白.多爾是他同事的女兒,老嶽父多爾教授一開始就喜歡這個小夥子,於是就把女兒介紹給了赫茲,赫茲也一見鍾情,愛上了這位姑娘。

姑娘雖然不懂電磁學,但是她懂赫茲。她覺得「赫茲在星光下有一種近乎驕傲的自信。他自認是全世界唯一了解星光是什麼的人,在他看來滿天的星光是不同的光體,規律地發出不同頻率的電磁波來到地上…… 在他的說明中,星夜不只是美麗的,而且是規則準確的。」

很快兩人就在大學裡建好了愛巢。有工作,有愛人,對於大多數人來說這已經是別無所求了,但是對於赫茲還不夠,因為他還沒有完成著名的電磁波實驗。

當時物理學界關於電磁學有兩種觀點,一種是韋伯的觀點,認為電磁力是瞬間傳輸的,這和牛頓的觀點頗有相通之處,爵爺也認為萬有引力是瞬時傳輸的,一種就是麥克斯韋的觀點,認為電磁力是靠電磁波傳播的,當然有速度。

哪種觀點正確呢?這就要靠赫茲來驗證了。

赫茲根據電容器經由電火花隙會產生振蕩原理,設計了一套電磁波發生器。將一感應線圈的兩端接於產生器的兩個銅棒上,當感應線圈的電流突然中斷時,其感應高電壓使電火花隙之間產生火花。

根據麥克斯韋理論,此火花應產生電磁波,赫茲又設計了一個檢波器來探測產生的電磁波。他將一小段導線彎成圓形,線的兩端點間留有小電火花隙。

如果電磁波傳過來,那麼應在此小線圈上產生感應電壓,從而使電火花隙產生火花。

赫茲實驗

說白了,赫茲的工作就是看小火花,這個實驗做了兩年。1888年,赫茲終於看到了絢麗的小火花。

赫茲又求出振蕩器的頻率,再用檢波器量出波長,二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣,電磁波傳播的速度等於光速。

1889年,赫茲宣布,光就是一種電磁波。

但是,在電磁波實驗過程中,赫茲發現了一個奇怪的現象,那就是光電效應,其實也不應該叫做光電效應,因為當時電子還沒有發現,光電效應似乎給光的波動說又帶來了一絲陰影,但是赫茲已經沒有辦法繼續研究了。

因為1894年赫茲就因為敗血症英年早逝,他最親密的愛人伊莉莎白.多爾獨自撫養他們的孩子,一生未改嫁。

後來他的侄子獲得了諾貝爾獎,他的侄孫開創了超聲波影像學。

那麼光電效應到底是怎麼回事?要由誰來解釋呢?

相關焦點

  • 是誰第一個確定光就是電磁波?
    作者張祥前交流微信zhxq1105974776現在的教科書都說麥克斯韋第一個在理論上確定光是電磁波, 赫茲第一個在實驗上確定光是電磁波
  • 光學簡史之九:麥克斯韋終於認清了光的本質
    菲涅爾就認為光是一種橫波,可是更麻煩的事情還在後頭,既然是波,肯定是要靠介質傳播的,那麼陽光月光星星的光,是怎麼傳播到地球來的呢?菲涅爾沉思良久,決定還是回到牛頓的懷抱,菲涅爾假設光是靠以太來傳播,這已經是爵爺的老論調了,折騰了半天,結果大家都還在爵爺的腳下盤桓,爵爺表示我不是針對誰,在座的都是垃圾。
  • [趣味物理]電磁波的發現者-赫茲
    德國著名物理學家赫茲是電磁波的發現者.   1887年,當時赫茲正在用兩套放電電極,一套產生振蕩,發出電磁波;另一套充當接收機構。放電產是隙可隨意調節,用以指示接收到的信號強弱。為了便於觀察,赫有一次偶然把次迴路整個放在暗箱中,他注意到,次迴路的最大火花長度明顯變小了。於是他挪動暗箱的位置,弄清了這是由於箱體擋住了原迴路和次迴路之間的通道所致。
  • 以赫茲之名命名現在的文明
    &34;我們始終在使用這個詞,卻不知道命名信號頻段的詞為什麼叫赫茲。原因是,信號是一種電磁波,而發現電磁波的人,叫赫茲。1857年2月22日,亨利希.赫茲生於德國漢堡的一個富裕家庭,他的父親是一個律師。小時候赫茲就展現出了自己過人的材質以及實驗才能,並且由於各科成績突出,老師建議他去學東放學!
  • 驚人的發現-光與電磁波
    他死後沒過幾年,一位德國的青年物理學家赫茲(Hertz1857-1894)接過了麥克斯韋的衣缽,終於在1888年,赫茲在實驗室裡發現了人們懷疑和期待已久的電磁波。既然電磁波是一個波,那麼他的傳播速度就可以用頻率乘以波長算出來,頻率很好辦,是由實驗設備的各種參數決定的,而波長也不難測,只要拿著一個感應器找到波峰(感應電流最強)和波谷(感應電流最弱)即可算出波長,赫茲沒有費多大勁就拿到了波長和頻率,他把兩個數值一乘,得出了電磁波的傳播速度是31.5萬公裡/秒(限於實驗精度,和真實的速度有誤差),一個驚人的速度。
  • 電磁波來了(1855-1888)
    《電磁學通論》封面據此,1865年他預言了電磁波的存在。麥克斯韋經過理論推演,認為電磁波只可能是橫向傳導波,並計算了電磁波的傳播速度等於光速。同時,他的靈感促使自己得出一個重要結論:光是電磁波的一種形式。這揭示了光現象和電磁現象之間的聯繫。麥克斯韋將這些理論的論證和推導結論整理成冊,於1873年出版了科學名著《電磁學通論》(Treatise on electricity and magnetism),系統、全面、完美地闡述了電磁場理論。
  • 電磁波如何產生
    電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。   電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。當其能階躍遷過輻射臨界點,便以光的形式向外輻射,此階段波體為光子,太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態,電磁波不依靠介質傳播,在真空中的傳播速度等同於光速。
  • 又一個開掛的猶太人,他還是捕捉電磁波的天才
    驗證了電磁波的存在,雖然才活了短短37歲,但其成就將閃耀千萬年之久的,著名物理學家,赫茲的傳奇一生,出任該校理論物理學講師,由於其突出的貢獻,基爾大學準備升赫茲為副教授,但同時,卡爾斯魯厄工業大學,也向他伸來橄欖枝,意聘請赫茲為物理學教授,這成了赫茲人生。
  • 光的本質之光到底是什麼?
    光可以說是所有基本粒子中最具特色,最神奇的一種。沒有光,我們眼中的世界就會漆黑一片,整個宇宙的物質構架都會崩塌。光是什麼,是人類一直追尋的謎題之一。最著名的就是荷蘭科學家惠更斯,他直接認為光就是一種機械波,通過一種叫做「以太」的空間介質傳播。不過,因為惠更斯人單力薄,他的學說並沒有被廣泛認同。直到200年後,人們發現了光的衍射和幹涉現象,光的波動學說才重新被確立,人們開始逐漸拋棄牛頓的微粒說。之後,特別是麥克斯韋建立的電磁波的波動方程,預言了電磁波並計算得出來電磁波的速度就30萬千米每秒,和光速一致。因此他直接指出,光也應該是一種電磁波。
  • 科普知識:什麼是電磁波?
    由同向振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。當其能階躍遷過輻射臨界點,便以光的形式向外輻射,此階段波體為光子,太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態。電磁波不依靠介質傳播。
  • 微觀粒子發現史之二:愛因斯坦發現了光
    於是託馬斯·楊就把目光盯上了光學,要想證明光是微粒還是波說起來很簡單,只要看看光是不是具有波獨有的特徵就行了,波獨有的特徵是什麼?就是幹涉和衍射,要是證明了光具有幹涉或者衍射,就證明了光是一種波,要是證明不了呢,也沒有關係呀,那就說明光是一種微粒,這說起來簡單,做起來很難,不過難不倒託馬斯楊。
  • 科學有故事,從光到光學的一路坎坷
    光學是研究光的發生、傳播、接收和顯示等性質以及光與物質相互 作用的科學,是物理學的一個重要組成部分 ,也是與其它應用技術緊密相關的學科。隨著研究的深入,光學不再局限於人的感知和視覺範圍,研究範圍涉及微波、紅外、可見光、紫外線、X射線的寬廣波段範圍內的電磁輻射。從光學的發展歷史來看,光學大致可分為幾何光學、波動光學和量子光學幾個 分支。
  • 量子力學前傳:跨越300年的光是波還是粒子之爭,到底爭些啥?
    17世紀初,笛卡爾第一次提出了光是波的看法,加上惠更斯的支持,整個17世紀人們主要的觀點就是,光是一種波。18世紀初的1704年,牛頓發表了《光學》,他說光是一種粒子。於是整個18世紀人們幾乎都承認,光是一種粒子。19世紀初的1803年,託馬斯.楊做了一個著名的實驗,叫雙縫幹涉實驗,它證實光是一種波。
  • 物理光學知識點
    物理光學過去也稱「波動光學」,從光是一種波動出發,能說明光的幹涉、衍射和偏振等現象。而在赫茲用實驗證實了麥克斯韋關於光是電磁波的假說以後,物理光學也能在這個基礎上解釋光在傳播過程中與物質發生相互作用時的部分現象,如吸收,散射和色散等,而且獲得一定成功。但光的電磁理論不能解釋光和物質相互作用的另一些現象,如光電效應、康普頓效應及各種原子和分子發射的特徵光譜的規律等;在這些現象中,光表現出它的粒子性。
  • 電磁波的頻率存在上限嗎?
    通常任何溫度在絕對零度(-273.15℃)之上的物質或粒子都能夠向外界輻射出電磁波,只是人眼只能感知到頻率很窄的電磁波,被稱之為可見光。早在19世紀,麥克斯韋就從理論上預言了電磁波的存在,認為光也是一種電磁波、電磁波的速度與光速相同。1888年,德國物理學家赫茲通過實驗證實了麥克斯韋的預言。因為這些成就,赫茲(Hz)被用作國際單位制下頻率的單位名稱。
  • 【前沿物理】光是什麼?是粒子,還是波?都是傳說!
    我們還是來看看歷史上的牛人怎麼解答的吧!  先看看咱們的墨家軍,中國的墨子和他的弟子們早在公元前400多年前就做了光的小孔成像實驗,並解釋了物體和投影的關係原理——光的直線傳播。喜因為他用肥皂泡和薄雲母重複了格裡馬蒂的實驗,他認為「光是以太的一種縱向波」,而且光的顏色就和其頻率有關。  光怎麼會是波,明明是粒子嘛,英國物理學家牛頓如是說。1666年牛頓在家休假躲避黑死病,沒事玩起了三稜鏡,他發現一束白光可以分成不同顏色的光,而不同的單色光也可以合成還原成白光,為此他成功解釋的光的色散現象。
  • 量子力學2:赫茲無意中發現了光電效應
    如果這段大家沒聽懂的話沒關係,你只要知道這個間隙可以產生電火花,電火花可以產生電磁波。接著赫茲又做了一個接收器,實際上就是一個金屬圓環,金屬圓環上同樣有一個很小的間隙,把這個金屬圓環放在遠處,如果發射器電火花產生了電磁波,根據麥克斯韋理論電磁波就會通過空氣傳播到這個金屬圓環,也就是接收器,然後在接收器的間隙上就會同樣的打火花。
  • 【經典推薦】光學原理---光的傳播、幹涉和衍射的電磁理論
    1951年,他在該校加盟馬科斯.玻恩,與其合作撰寫《光學原理》,他是馬科斯.玻恩的最後一個助手。  譯者序 一個多世紀以前,麥克斯韋建立了經典電磁理論,證明光是一種電磁波,由此產生了光的電磁理論。光和電的統一,加速了光學及整個物理學的發展。
  • 麥克斯韋電磁方程組,改變世界的十個公式
    1971年尼加拉瓜發行了十張一套題為「改變世界面貌的十個數學公式」郵票,由一些著名數學家選出十個對世界發展極有影響的公式來表彰。讓我們懷著一份對自然的讚美之情來欣賞這十個公式吧。2、光為電磁波的一種。這是無線廣播的理論基礎,因此被稱為「無線電之父」。23年後,赫茲證實馬克斯威爾的預測創造出無線電波,開啟了無線電時代。這發現,也是愛因斯坦狹義相對論的重要背景。 1865年馬克斯威爾預測電磁波輻射傳播的存在,將庫倫、安培、法拉第的研究結果整理成四個電磁場理論的數學式,這個理論提供了連續性的電的流動。1887年德國科學家赫茲(Hertz)實驗證明出電磁波。
  • 從赫茲到愛因斯坦——光電效應見證著量子力學的發展
    ,麥克斯韋-安培定律(全電流定律)四個方程總結成麥克斯韋在組,闡述了變化的磁場產生電場,變化的電場產生磁場,並且從理論上預言了電磁波的存在,前無古人般的將電與磁統一起來。,並沒有真的證實電磁波存在。接下來就輪到本文的主角之一赫茲先生登場了。證實電磁波的存在並不是別人,正是赫茲。赫茲在他的實驗室證實了電磁波的存在,為電磁學大廈完成了封頂,但是正是在證明電磁波存在的實驗當中,赫茲一不小心打開了量子力學的大門,發現了光電效應的存在。