Elektromagnetiske bølger:
Om Hertz forsøg og de første trådløse telegrafer.
 
Historie

I dette emne indgår flere personer, hvis korte biografier følger her:

Gustav Robert Kirchhof
Tyskland, 1824 - 1887.

Grundlagde sammen med Bunsen spektralanalysen. Arbejdede med teorier for elektricitet og magnetisme. Var en dygtig forelæser, hvis undervisning fik betydning for udviklingen af den teoretiske fysik i Tyskland.

James Clerk Maxwell
Storbritannien, 1831 - 1879.

Maxwell er særlig kendt for sit arbejde på to områder: For det første kinetisk gasteori, hvor en gas betragtes som en mængde små partikler, der flyver rundt mellem hinanden og vekselvirker ved elastiske stød. For det andet hans sammenfatning af elektricitet og magnetisme i 4 love, der er lige så vigtige i elektricitetens historie, som Newtons love er i mekanikkens historie.

Heinrich Rudolf Hertz
Tyskland, 1857 - 1894.

Han blev student i 1875 og begyndte at studere fysik ved Münchens universitet i 1877 efter at have fravalgt ingeniørstudierne. Allerede i 1878 flyttede han til Berlin, hvor han kom til at studere hos Hermann von Helmholtz, som hurtigt opdagede Hertz' talent for eksperimentelt arbejde. Helmholtz fik udskrevet en prisopgave om eksperimentel eftervisning af den del af Maxwells teori, der sætter lighedstegn mellem lys og elektromagnetiske bølger. Opgaven var specielt designet til Hertz, men denne var bange for, at opgaven ville tage for lang tid at løse, eller at den ligefrem var uløselig. I stedet skrev han på tre måneder en doktorafhandling indenfor teoretisk fysik og blev doktor i 1880. Samme år blev han også laboratorieassistent for Helmholtz. Fra 1885 til 1889 var han ansat i Karlsruhe, som rådede over fysikudstyr, der satte ham i stand til at løse Helmholtz' opgave fra 1879. Fra 1889 til sin død var han ansat ved universitetet i Bonn.

Guglielmo Marconi
Italien, 1874 - 1937.

I 1894 hørte han om Hertz' arbejde med at udsende og modtage elektromagnetiske bølger, og han gik selv i gang med at konstruere sendere og modtagere. I 1895 kunne han sende radiobølger ca. 2,5 km. Den italienske regering var ikke interesseret i Marconis arbejder, så han flyttede i 1896 til London, hvor han med hjælp fra sin familie dér fik udtaget patent og gjort de engelske myndigheder interesseret i teknologien. Ligeledes med hjælp fra familien fik han startet selskabet Marconi's Wireless Telegraph Company, som videreudviklede sendere og modtagere.

I december 1901 lykkedes det ham at modtage et radiosignal, der var sendt over Atlanterhavet. Herefter kom Marconis egen indsats til at bestå i at passe firmaet, mens hans medarbejdere udviklede radioudstyret. Trådløs telegrafi kom bl.a. ret hurtigt til at spille en vigtig rolle for kommunikation til skibe. En stor opgave for Marconis firma var etablering i 1927 af et verdensomspændende net at kortbølgeradioer til at dække det britiske imperium.

Sammenfatning.
Indtil 1820 var elektricitet, magnetisme og lys tre adskilte fænomener i fysikken. H.C.Ørsted koblede elektricitet sammen med magnetisme, og i 1857 viste Kirchhoff teoretisk, at signaler i ideelle telegraftråde kunne forplante sig med en hastighed, der var meget tæt på den da kendte værdi for lysets hastighed i det tomme rum.

I 1865 udgav Maxwell A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, hvor han beskrev egenskaber ved den æter, som allerede Faraday mente, at de elektriske og magnetiske fænomener udbredte sig i. En konsekvens af teorien var, at elektromagnetiske bølger kunne udbrede sig i æteren med en hastighed, der - ligesom hos Kirchhoff - var meget tæt på lysets hastighed i det tomme rum. Maxwell konkluderede selv, at lys også måtte være en bølgebevægelse i æteren.

Den eksperimentelle eftervisning af dette blev udført af Hertz i årene omkring 1888, idet han viste, at elektromagnetiske bølger har samme egenskaber som lys: De udbreder sig i rette linjer, de er polariserede, de kan reflekteres og de kan brydes ved overgang fra luft til et fast stof.
Som omtalt i Marconi-biografien blev Hertz' arbejde basis for den trådløse telegrafi.

Opgave:

Du/I skal forberede et foredrag på ca. 30 minutter om elektromagnetiske bølger.

I din/jeres forberedelse skal indgå
  • at du/I læser Christian Bech Sørensen: Trådløs telegrafi side 2-7
  • at du/I læser om elektriske svingningskredse i en gymnasiefysikbog, herunder formlen for beregning af resonansfrekvensen for en svingningskreds
  • at du/I læser dele af Hertz' originalartikel i engelsk oversættelse
  • at du/I tager på Steno Museet og ser rekonstruktionen af Hertz' udstyr, planche om Marconi og udstyr til trådløs telegrafi.

Foredraget skal indeholde følgende:
  • en fortælling om Hertz og hans forsøg med elektromagnetiske bølger
  • en fortælling om Marconis liv og arbejde
  • en beskrivelse af udstyr til trådløs telegrafi
  • en fremvisning af Hertz' og Marconis udstyr

Kilder:

  • Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner's Sons, New York, 1970-1976.
  • Ole Knudsen: Elektromagnetisme 1820 - 1900. Foreningen Steno Museets Venner, Århus 1991, 2000.
  • Heinrich Hertz: "Ueber Strahlen elektrischer Kraft". Annalen der Physik und Chemie 36, 1889 p. 769-783.
  • Heinrich Hertz: Electric Waves, being Researches on the Propagation of Electric action with Finite Velocity through Space. Translated by D.E.Jones. Macmillan and Company 1893. Genoptrykt af Dover Publications 1962.
  • Morris H. Shamos (ed): Great Experiments in Physics. Holt, Rinehart and Winston, New York 1959.
  • Christian Bech Sørensen: Trådløs telegrafi. Kollokvium afholdt 14-12-1977 på Institut for de Eksakte Naturvidenskabers historie.

 
Gustav Robert Kirchhof


 
James Clerk Maxwell


 
Heinrich Rudolf Hertz


 
Hertz opfandt parabolantennen


 
Guglielmo Marconi


 
Gnistsender og
kohærermodtager