Hertz và nền tảng của thông tin vô tuyến

Bước sóng,tần số,tốc độ truyền sóng là 3 đại lượng cơ bản đại diện cho sóng điện từ.Phát hiện sóng điện từ đã đặt nền tảng cho các thiết bị âm thanh,hình ảnh cùng với vô vàn ứng dụng khác.Có thể nói,sóng điện từ đóng vai trò to lớn trong việc hình thành đời sống hiện tại.Vậy ai đã chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ và bằng cách nào?

   Trong tác phẩm không lồ Thông luận điện từ học của bậc thầy điện học Maxwell,ông từng tiên đoán sự tồn tạo của sóng điện từ. Đến năm 1888 Hertz-Người Đức -đã dùng thí nghiệm để chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ

   Heinrich Rudolf  Hertz ( 1857-1894) sinh ra trong một gia đình khá giả ở Hamburg.Thời tiểu học và trung học, Hertz có thành tích học tập rất xuất sắc. Năm 1877,ông vào đại học Munich, nhưng ông chỉ học một năm ở đây, tháng 10 năm 1878 ông lại chuyển tới đại học Berlin, trở thành học trò của Kirchhoff và Helmholtz.( Kirchhoff là người phát hiện định luật cường độ dòng điện và điện áp ở điểm tiếp xúc, Helmholtz là một trong những người phát hiện định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, là những nhà vật lý học nổi tiếng thế giới thời đó). Với sự chỉ dạy của hai bậc thầy vật lý học, thành tích học tập và kỹ năng thực nghiệm của hertz đều hết sức ưu tú

Năm 1880, Heruz nhận được học vị tiến sĩ tại đại học Berlin.Sau tốt nghiệp, ông làm công tác nghiên cứu thực nghiệm gần 3 năm dưới quyền Helmholtz, chủ yếu là trên phương diện điện từ học

   Năm 1883, Hertz đến đại học Kiel làm giảng viên dạy toán học và vật lý

       Năm 1885, Hertz đến học viện Công nghệ  Karlsruhe làm giảng viên vật lý.Ở trong trường có một Viện nghiên cứu vật lý với các trang thiết bị rất tốt, thí nghiệm chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ được Hertz thực hiện ở nơi này

   Tháng 1 năm 1888, Hertz tổng kết những thành quả này trong bài viết Luận vận tốc truyền của hiệu ứng điện động. Sau khi công bố thí nghiệm, Hertz đã làm cho giới khoa học chấn động.Đến lúc này,lý luận điện từ do Faraday khai sáng,Maxwell tổng kết mới giành được thắng lợi mang tính quyết định

   Năm 1889,Hertz nhận lời mời đến đại học Bonn giảng dạy,thay thế vị trí của Cudolf Clausius.Một cống hiến khác đối với vật lý học của ôn gchinh slaf phát hiện hiệu ứng quang điện,chính nhờ giải thích hiện tượng này mà Einstein đã nhận được giải Nobel

   Năm 1894,Hertz qua đời vì bệnh tật khi mới 37 tuổi.Kết thúc một đời đóng góp cho khoa học

Mùa xuân năm 1886,trong lúc giảng bài và tiến hành thí nghiệm,Hertz phát hiện ra rằng,để pin hoặc chai leyden(tụ điện đầu tiên) phóng điện qua một cuộn dây rất dễ sinh ra tia lửa trong một cuôn dây khác.Sau khi nghiên cứu bài viết của Fitzgerald(nhà vật lý người Ireland,người đã đưa ra kết luận rằng tia lửa này được sinh ra từ một loạt tia lửa nhỏ),

Hertz đã nhạy bén phán đoán ra tia lửa này rất có thể chính là sóng điện từ mà Maxwell tiên đoán

Hertz đã tiến hành cải tiến thiết bị thí nghiệm.Ông đấu chai Leyden với cuộn dây cao áp,sau đó lại nối cuộn dây cao áp với tấm kẽm gắn với quả cầu bằng đồng,cuối cùng dùng dây đồng uốn thành hình tròn để kiểm nghiệm tia lửa điện

   Ông tiến hành thí nghiệm trong phòng tối.Sự tồn tại của sóng điện từ được kiểm chứng bằng mạch điện cộng hưởng do cuộn dây hình tròn tạo thành,cuộn dây có một khe hẹp để phóng tia lửa điện,kích thước của cuộn dây phải lựa chọn để khiến tần số chấn động riêng của nó và của nguồn sóng giống nhau.Như vậy chấn động cảm ứng vì cộng hưởng của thiết bị kiểm nghiệm sẽ từ từ tăng cường,cuối cùng đủ để khiến trong khe hở sinh ra tia lửa điện

   Từ lý luận của Maxwell,tia lửa này sinh ra sóng điện từ,thế là Hertz thiết kế một thiết bị thu sóng đơn giản để thăm dò sóng điện từ này

Hertz đặt thiết bị thu sóng ở nhiều nơi khác nhau trong phòng.Nơi thu được tia lửa khá sáng là bụng sóng hoặc đỉnh sóng,trong khi nơi không có tia lửa chính là không.Dựa trên phương pháp này, ông đo được bước sóng của tia lửa bằng 30cm

   -Chứng minh sóng điện từ truyền theo đường thẳng:Nếu đặt một chất dẫn điện giữa tấm kim loại sinh ra tia lửa điện với thiết bị thu sóng thì không thể nhìn thấy tia lửa trên thiết bị thu sóng.Nếu thay thế chất dẫn điện bằng chất không dẫn điện thì tia lửa sẽ xuất hiện.Điều này chứng minh tia lửa điện có thể xuyên qua chất dẫn điện và truyền theo đường thẳng

   - Chứng minh khả năng phản xạ: hướng tấm kim loại sinh ra tia lửa với thiết bị thu sóng hướng về góc chéo của một tấm kim loại khác vẫn sinh ra tia lửa điện tại thiết bị thu sóng.Mặc dù giữa tấm kim loại và thiết bị thu sóng có góc khuất nhất định.Nếu bỏ tấm kim loại đi sẽ không xuất hiện tia lửa trên thiết bị thu sóng.

   - Chứng minh khả năng chiết xạ:hertz dùng nhựa đường tạo một lăng kính ba cạnh đặt ở giữa thiết bị phát xạ và thiết bị thu sóng.Di chuyển thiết bị thu sóng đến vị trí không có tia lửa điện,chỉ cần điều chỉnh góc độ sẽ xuất hiện tia lửa.Tại một vị trí nhất định tia lửa sẽ mạnh nhất.Điều này chứng minh tia lửa điện cũng xảy ra hiện tượng chiết xạ giống ánh sáng

   Thí nghiệm của Hertz sử dụng chai leyden,có thể cung cấp điện năng cho cuộn dây cao áp.Khi chai Leyden phóng điện,điện tích trữ sẽ từ từ chảy vào cuộn dây,cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường yếu đến mạnh xung quanh chính nó.Khi điện trong chai Leyden đã hoàn toàn phóng hết,từ trường xung quanh cuộn dây sẽ mạnh nhất,lúc này toàn bộ điện năng đã chuyển hoá thành năng lượng từ trường

   Khi toàn bộ điện chạy vào trong cuộn dây,dòng điện không hề dừng lại mà nó chạy từ cuộn dây về chai Leyden.Trong quá trình này,từ trường xung quanh cuộn dây sẽ từ mạnh giảm xuống yếu vì dòng điện yếu đi.Khi chai Leyden chứa đầy điện,từ trường xung quanh cuộn dây sẽ giảm về không

   Sau đó lặp lại quá trình đầu tiên,cứ tuần hoàn như vậy sẽ sinh ra một từ trường thay đổi xung quanh cuộn dây,từ trường thay đổi này sẽ cảm ứng sinh ra điện trường thay đổi ở không gian xung quanh.Quá trình này cứ lặp đi lặp lại trong không gian sẽ thành sóng điện từ.

  5: KẾT

   Maxwell tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ,Hertz tìm được loại sóng điện từ này.Hertz cũng là nhà khoa học chú trọng nghiên cứu lý luận giống Maxwell,không nghĩ tới việc đưa phát hiện của mình vào ứng dụng thực tế .Khi bạn của ông hỏi về khả năng sử dụng sóng điện từ để truyền tin,Hertz trả lời: “Muốn sử dụng sóng điện từ để truyền thông tin thì phải có một tấm gương phản xạ lớn bằng diện tích châu Âu mới được”.Không lâu sau khi Hertz qua đời, Macroni-người Ý và Alexander Popov -người Nga đã sử dụng sóng điện từ để truyền tin.Bởi vì sóng điện từ truyền tin không cần dây dẫn nên còn được gọi là thông tin vô tuyến.

Đây là bài viết đầu tiên của em rất mong có sự góp ý từ mọi người