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Heinrich Hertz – La scintilla che è passata alla storia

2021-02-22

Heinrich Hertz

Il 22 febbraio 1857, ad Amburgo, nacque Heinrich Hertz. Iniziò i suoi studi nella sua città natale, ma continuò la sua formazione in tutto il paese, in atenei che potevano offrire migliori condizioni per lo sviluppo dei suoi interessi. Prima si trasferì a Francoforte, successivamente a Dresda. Studiò anche presso Monaco, infine si stabilì all'Università di Berlino, dove in pochi mesi scrisse il dottorato e divenne assistente di Hermann von Helmholtz. Nel corso del tempo, Hertz condusse la propria carriera scientifica a Colonia e Karlsruhe, nel famoso Karlsruher Institut für Technologie.

Helmholtz riponeva grandi speranze nel giovane fisico dall’eccezionale talento, sperando, con il suo aiuto, di riuscire a confutare la teoria dell'elettromagnetismo di James Clerk Maxwell, che contraddiceva le sue stesse ipotesi. Contrariamente a queste aspettative, nelle sue ricerche, Hertz dimostrò sperimentalmente la validità delle equazioni di Maxwell. Ciò avvenne accidentalmente, durante esperimenti con l’impiego delle spirali di Riess. Nel corso dell'esperimento, in una bottiglia di Leida non collegata con queste ultime, venne a formarsi una scintilla. Per lo scienziato era chiaro che si trattava di una reazione ad un fenomeno che non aveva mai visto prima. Dopo quest'osservazione, Hertz iniziò un'intensa attività di ricerca, durante la quale sfruttò dispositivi che costruì autonomamente, come l’oscillatore o il generatore di impulsi. Le sue ricerche dimostrarono l'esistenza e vagliarono la natura delle onde elettromagnetiche, e condussero alla scoperta delle onde radio. Gli esperimenti dimostrarono ad es. che queste onde possono rompersi o rimbalzare, cosa che in futuro contribuì allo sviluppo della tecnica radio e radar. È interessante notare che Hertz all’epoca non vedeva un’applicazione pratica delle proprie ricerche, e non era a conoscenza dell’importanza di queste ultime. Inoltre non ebbe l'opportunità di convincersene, poiché morì prematuramente a causa di una grave malattia.

Schema per la costruzione del sistema sperimentale di Hertz Schema per la costruzione del sistema sperimentale di Hertz: bobina di Rühmkorff e antenna a dipolo con due fili elettrici (12 m) con spinterometro tra di essi (7,5 mm). Le estremità libere dei cavi del dipolo sono collegati a delle sfere di zinco con un diametro di 30 cm. Anello metallico con funzione di antenna ricevente.

Tuttavia, il brillante fisico tedesco non fu dimenticato dal mondo della scienza. Le sue ricerche furono seguite tra l’altro da Oliver Lodge, che sulla base di queste ultime costruì il proprio coherer. Questo, a sua volta, fu utilizzato da Marconi per costruire la prima radio funzionante. L'effetto fotoelettrico, notato per la prima volta e descritto da Hertz, fu spiegato da Albert Einstein, per il quale ricevette il Premio Nobel. Grazie a questa scoperta, oggi vengono ampiamente utilizzati ad es. i pannelli fotovoltaici o diversi tipi di fotoelementi. Con il Premio Nobel fu insignito anche Philipp Lenard, assistente di Hertz, che continuò le ricerche sui raggi catodici, che in futuro permisero lo sviluppo della medicina e l'invenzione degli apparecchi a raggi X.

Il fisico tedesco fu commemorato in molti modi. Hertz è l'unità di misura della frequenza inclusa nel SI. Sul lato della Luna invisibile dalla Terra è presente un cratere che porta il suo nome. Apparve anche su francobolli, ad es. in Germania, San Marino, Cecoslovacchia e Messico. È anche il patrono di molte scuole ed istituti scientifici.

Gli echi dei risultati raggiunti da Heinrich Hertz oggigiorno possono essere trovati in molti settori dell'elettronica. Il suo lavoro ha gettato le basi per l'era della comunicazione wireless, di cui ora beneficiamo quotidianamente. Naturalmente, oggi utilizziamo le onde radio principalmente per la trasmissione di dati digitali, tuttavia il funzionamento stesso dei dispositivi di trasmissione e ricezione rimane strettamente correlato agli esperimenti dello studioso tedesco. L’esempio più ovvio possono sembrare i dispositivi che sfruttano la comunicazione GSM, WIFI e Bluetooth, tra i quali vi sono telefoni cellulari, nonché computer miniaturizzati o persino elementi per l’automazione di edifici.

I risultati delle ricerche di Hertz, tuttavia, hanno influenzato l'elettronica moderna in misura molto maggiore. Vale la pena di menzionare la trasmissione del segnale GPS. Questo sistema, noto a tutti i conducenti e i viaggiatori, attraverso moduli facilmente disponibili, può essere utilizzato non solo in progetti professionali, ma anche amatoriali. Lo stesso vale per la tecnologia RFID, il cui funzionamento è paragonabile a quello utilizzato per i pagamenti contactless. Altri moduli di comunicazione RF universali vengono oggi prodotti e utilizzati in migliaia di applicazioni, dagli interruttori wireless ai sistemi di controllo complessi. Eppure tutte queste applicazioni sembrano decisamente "di nicchia" se paragonate ai dispositivi RTV, che vengono utilizzati da miliardi di persone ogni giorno.

I metodi di trasmissione radio hanno richiesto molti anni di sviluppo, hanno subito una lunga evoluzione e (insieme a tutta l'elettronica) una miniaturizzazione. Nell’arco di decenni sonno state sviluppati molti tipi di antenne dedicate per applicazioni speciali. Oggi, le loro dimensioni sono così piccole che sono diventate praticamente invisibili. Eppure il dipolo che Hertz ha usato per la sue ricerche e dimostrazioni, rimane una soluzione ampiamente utilizzata, così come un esempio di modello di antenna. Nei televisori via cavo o anche negli impianti satellitari, vengono comunemente usati cavi coassiali con impedenza 75Ω. Questo valore non è casuale, poiché rappresenta l'impedenza approssimativa di un semplice dipolo mezz’onda. Forse questo numero ci renderà più consapevoli di come le moderne tecnologie siano strettamente correlate al lavoro di Heinrich Hertz.

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