Oliver Heaviside: elektroinženiera, matemātiķa un elektromagnētikas pionieris
Olivers Heavisaids — elektroinženiera un matemātiķa pionieris elektromagnētikā; revolucionāras idejas par viļņiem, Maksvela vienādojumiem un Kennelly‑Heaviside slāni.
Olivers Heavisaids (Oliver Heaviside, 1850. gada 18. maijā Kempdenā, Londonā - 1925. gada 3. februārī Torkvejā, Devonā) bija angļu elektroinženieris, matemātiķis un fiziķis.
Lai gan savas dzīves laikā viņš bija labi pazīstams zinātnes pasaulē, tikai pēc viņa nāves cilvēki saprata, cik ļoti viņš bija mainījis matemātikas un fizikas zinātni. Viņš izmantoja kompleksos skaitļus, lai pētītu elektriskās ķēdes, un daudz strādāja pie elektromagnētisko viļņu teorijas, kas lika atrast jaunus veidus, kā strādāt ar diferenciālvienādojumiem. Viņš strādāja pie Maksvela lauka vienādojumiem un vektoru analīzes. Daļa jonosfēras ir nosaukta viņa vārdā: Kennelly-Heaviside slānis. Viņa personība bija ļoti ekscentriska, un viņš ir labs piemērs tam, ko daudzi cilvēki uzskata par traku zinātnieku.
Īss biogrāfisks pārskats
Olivers Heavisaids bija galvenokārt pašmācīts zinātnieks. Jaunībā viņš strādāja telegrāfu kompānijās, kur guva praktisku pieredzi ar vadītāju uzvedību un signālu pārraidi. Viņa darbs apvienoja rūpniecisku praksi ar teorētisku izpratni par elektromagnetismu, ļaujot viņam attīstīt jaunus analītiskos rīkus un teorijas, kas vēlāk kļuva par pamatakmeni elektroinženierijā un viļņu fizikā.
Galvenie sasniegumi un ieguldījums
- Operational calculus (Heaviside operacionālā kalkula): Heavisaids izstrādāja praktisku metodi diferenciālvienādojumu risināšanai, kas vēlāk tika saistīta ar Laplasa transformāciju. Sākotnēji matemātiķi kritizēja viņa formuālo pieeju, taču vēlāk tā tika teorētiski pamatota un plaši izmantota inženierijā.
- Heaviside step funkcija: viļņu un signālu aprakstā bieži izmanto Heaviside funkciju H(t), kas apzīmē strauju pāreju (piem., ieslēgšanos/izslēgšanos) un ir fundamentāla teorētiskajā analīzē.
- Maksvela vienādojumu vienkāršošana un vektoru analīze: Heavisaids ievērojami vienkāršoja Maksvela vienādojumus, popularizējot vektoru formu un padarot teoriju pieejamāku inženieriem.
- Telegrāfa vienādojumi un vadītāju teorija: viņš pētīja signālu pārraidi gar tālsprieguma līnijām, izstrādāja nosacījumu, kas nodrošina bezizkropļojuma pārraidi (Heaviside nosacījums): R/L = G/C (kur R, L, G, C ir līnijas parametrs uz garumu). Šīs atziņas bija ļoti svarīgas telekomunikāciju attīstībā.
- Jonosfēras prognozēšana: Heavisaids neatkarīgi no Ārtura Kennellija paredzēja, ka Zemes atmosfērā pastāv slānis, kas atstaro radioviļņus — tas vēlāk tika saukts par Kennelly–Heaviside slāni.
- Ādas efekts (skin effect) un viļņu izplatība: viņš pētīja strāvas sadalījumu vadītājos pie augstām frekvencēm un citus viļņa izplatīšanās aspektus, kas bija būtiski radio un telekomunikāciju tehnoloģiju attīstībā.
Publicētie darbi
Viņa galvenais darbs ir trīs sējumu sērija Electromagnetic Theory, kas satur gan dziļas teorētiskas analīzes, gan praktiskas inženiertehniskas piezīmes. Turklāt viņš publicēja virkne rakstu un īsākus paziņojumus par telegrāfa līniju teoriju, operacionālo kalkulu un citiem ar elektromagnetismu saistītiem jautājumiem.
Personība un attiecības ar akadēmisko vidi
Heavisaids bija pazīstams kā ekscentriska un reizēm konflikta pilna personība. Viņš bieži kritizēja akadēmiskos autoritātes viedokļus un nereti izmantoja neparastu izteiksmes stilu. Sākotnēji daudzi no viņa metožu tika noraidītas, taču gadu gaitā daudzas idejas tika apstiprinātas un kļuva par pamatprincipiem inženierijā un fizikā.
Mantojums
Heavisaida darbs ir pamats daudzām mūsdienu tehnoloģijām — no telegrāfijas un telefonijas līdz radio un bezvadu sakariem. Viņa operacionālās metodes, vektoru pieeja un analīze par viļņu izplatību joprojām tiek mācīta un izmantota. Daudzi termini un koncepcijas, ko viņš attīstīja vai popularizēja, ir neatņemama elektrotehnikas un fizikas daļa pat mūsdienās.
Vairāk lasāms
- Ja interesē dziļāks tehnisks ieskats, uzticami avoti ir Heaviside darbi (piem., Electromagnetic Theory) un plašas recenzijas par telegrāfa vienādojumiem un Heaviside operacionālo kalkulu.
- Par Kennelly–Heaviside jonosfēras atklājuma vēsturi var lasīt paredzējumos par radioviļņu izplatīšanos un agrīnajos radiozinātnes pētījumos.
Piezīme: šis raksts papildina sākotnējo ievadu, saglabājot sākotnējās saites un informāciju, lai piedāvātu plašāku un saprotamāku pārskatu par Olivers Heavisaida dzīvi un ieguldījumu.
Olivers Heavisīds, ~1900. gads
Dzīve
Heavisaids dzimis Kempdentaunā, Londonā. Viņa tēvs bija prasmīgs kokgriezējs. Viņa tēvocis sers Čārlzs Vitstons (1802-1875) bija viens no telegrāfa izgudrotājiem un 1837. gadā veica slavenus eksperimentus no Eustonas stacijas.
Heavisīds bija īss un rudmatains. Jaunībā viņš sirga ar skābenes drudzi, kas viņu padarīja diezgan kurlu, īpaši vēlākajos gados. Līdz 16 gadu vecumam Heavisaids mācījās Kembdena nama skolā un turpināja mācīties mājās līdz 18 gadu vecumam. Viņš ieguva telegrāfa operatora darbu un kādu laiku strādāja Dānijā. Viņš pamanīja, ka darbības ātrums no Anglijas uz Dāniju bija par 40 % lielāks nekā otrādi, un 1871. gadā viņš atklāja defektu telegrāfa kabelī no Anglijas uz Dāniju. 1873. gadā viņš ieguva Maksvela grāmatas "Traktāts par elektrību un magnētismu" pirmā izdevuma eksemplāru. Šī grāmata viņu ļoti ietekmēja, un tā viņam palīdzēja radīt daudzas matemātiskas idejas. Šajā laikā viņš strādāja Ņūkāslā. 1875. gadā viņš atgriezās Londonā, lai dzīvotu kopā ar vecākiem. Tur viņš pavadīja daudz laika, pierakstot savus atklājumus, taču neviens negribēja publicēt viņa darbus, jo tie bija pārāk grūti saprotami. Viņš analizēja maiņstrāvu 15 gadus pirms tās sāka izmantot komerciāli.
Kad viņa vecāki pārcēlās uz Paigntonu, viņš pārcēlās kopā ar viņiem. Pēc viņu nāves viņš dzīvoja Ņūton Abotā un pēc tam no 1908. gada līdz pat nāvei - Torkvejā. Viņš nebija precējies.
Ekscentriska uzvedība
Vecumdienās Heavisīds kļuva arvien ekscentriskāks. Viņš bija nabadzīgs un dzīvoja viens Torkvejā, lielā mājā, kuru nevarēja atļauties pienācīgi apsildīt. Viņam patika, kad pie viņa ciemojās draugi, taču daudzus cilvēkus viņš atbaidīja, jo bieži vien mēdza būt rupjš. Viņš neprotēja gatavot ēst, un draudzīgs policists regulāri nāca uz māju, lai atnestu viņam ēdienu. Tā kā Heavisaids bija kurls un nevarēja sadzirdēt klauvēšanu pie durvīm, policists mēdza atvērt pastkastīti un skaļi pūst ar svilpi. Mājā un dārzā bija briesmīgs nekārtīgums. Viņa mājā mēbeļu vietā bija granīta gabali. Pēc sava vārda viņš bieži vien joka pēc lika burtus W.O.R.M. (W.O.R.M.). Viņš sāka krāsot pirkstu nagus rozā krāsā. Vismaz vienu reizi viņš matus bija nokrāsojis melnus un, kamēr tie bija slapji, uz galvas nēsāja tējas lakatiņu.
Kad 1925. gadā viņš nokrita no trepēm un ar ātrās palīdzības automašīnu tika nogādāts pansionātā, tā bija pirmā reize, kad viņš bija braucis ar mehānisko transportlīdzekli. Ātrās palīdzības automašīnas vadītājam viņš teica, ka brauciens viņam paticis. Mēnesi vēlāk viņš nomira Torkvejas pansionātā, un viņu apglabāja Paigntonā.
Viņa darbs
| Elektromagnētisms |
|
|
| Elektrība - Magnētisms |
| Elektriskais lādiņš - Kulona likums - |
| Magnetostatika Ampera likums - Elektriskā strāva - Magnētiskais lauks - |
| Elektrodinamika Lorenca spēka likums - EML - Elektromagnētiskā indukcija - Faradeja likums - Lenca likums - Izspiešanas strāva - Maksvela vienādojumi - EML lauks - Elektromagnētiskais starojums - Liēnarda-Višerta potenciāls - Maksvela tenors - Virpuļstrāva |
| Elektriskais tīkls Elektriskā vadītspēja - Elektriskā pretestība - Kapacitāte - |
| Kovariantu formulējums Elektromagnētiskais tenzors - EM sprieguma-enerģijas tenzors - Četru strāvu - Elektromagnētiskais četrpotenciāls |
| · v · t · e |
Heavisīds bija līdzīgs sēram Īzakam Ņūtonam, jo viņš strādāja viens un ne vienmēr publicēja visus savus eksperimentus. Savās piezīmju grāmatiņās viņš pierakstīja daudz ideju, bet viņš nedomāja, ka šīs idejas ir gatavas publicēšanai, tomēr tās izrādījās ļoti svarīgas. Piemēram, viņš ierosināja, ka daudzus kilometrus virs Zemes virsmas ir atmosfēru vadošs slānis, ko varētu izmantot, lai pa zemes izliekumu raidītu radioviļņus lielos attālumos. 1923. gadā patiešām tika atklāts, ka pastāv sarežģīti jonizēti slāņi (saukti par jonosfēru). Kennelly-Heaviside slānis vēlāk tika nosaukts viņa vārdā. Līdz 1950. gadam, 25 gadus pēc viņa nāves, visā pasaulē bija vairāk nekā 50 staciju, kas veica eksperimentus ar radiosakariem atmosfēras augšējos slāņos.
Heavisīds veica pētījumus par to, kā skaidri pārraidīt runu telefona sakariem. Viņš pētīja atstarošanos telefona ķēdēs (tās radīja traucējošu atbalsojumu). No 1886. gada viņš lielāko daļu laika veltīja elektromagnētisko viļņu izplatībai telpā, ko bija izstrādājis Hercs, un atomu kustībai, ko bija atklājis J. J. Tomsons.
Apbalvojumi
Heavisaids nebija ieinteresēts saņemt apbalvojumus. Patiesi, viņš no saviem atklājumiem nekad nav pelnījis naudu, un viņam bieži vien bija grūti apmaksāt rēķinus. Iespējams, viņš bija ļoti apmierināts, ka 1891. gadā viņu pasludināja par Karaliskās biedrības biedru. Valdība viņam piešķīra 120 sterliņu mārciņu pensiju gadā. 1908. gadā viņu ievēlēja par Elektroinženieru institūta goda locekli, bet 1918. gadā - par Amerikas Elektroinženieru institūta goda locekli. 1921. gadā viņš bija pirmā persona, kas tika apbalvota ar Faradejas medaļu.
Zināms Heavisīda citāts ir: "Vai man atteikties no vakariņām tāpēc, ka es līdz galam neizprotu gremošanas procesu?
Heavisīda kapa vieta Paigntonas kapsētā
Saistītās lapas
- Heavisīda funkcija
- Magnētiskā pretestība
- Diraka delta funkcija
- Koaksiālais kabelis
- Hughes medaļa
Jautājumi un atbildes
J: Kas bija Olivers Heavisīds?
A: Olivers Heavisīds bija angļu elektroinženieris, matemātiķis un fiziķis, kurš dzīvoja no 1850. gada 18. maija līdz 1925. gada 3. februārim.
J: Ko viņš darīja zinātnes pasaulē?
A: Viņš izmantoja kompleksos skaitļus, lai pētītu elektriskās ķēdes, un daudz strādāja pie elektromagnētisko viļņu teorijas, kas radīja nepieciešamību atrast jaunus veidus, kā strādāt ar diferenciālvienādojumiem. Viņš strādāja arī pie Maksvela lauka vienādojumiem un vektoru analīzes, un tiek uzskatīts par vektoru kalkulusa izgudrotāju.
J: Kā ir atzīts viņa darbs?
A: Viņa darbs tika atzīts pēc viņa nāves; cilvēki ir sapratuši, cik ļoti viņš ir mainījis matemātikas un fizikas zinātni. Daļa jonosfēras ir nosaukta viņa vārdā - Kennelly-Heaviside slānis - kā cieņas apliecinājums viņa sasniegumiem.
J: Kāds cilvēks bija Olivers Heavisaids?
A: Oliveram Heavisaidam bija ekscentriska personība, kas bieži vien atbilda tam, ko daudzi cilvēki uzskata par traka zinātnieka stereotipu.
J: Kādu ieguldījumu viņš deva matemātikā un fizikā?
A: Olivers Heavisīds deva ievērojamu ieguldījumu gan matemātikā, gan fizikā, izmantojot kompleksos skaitļus elektrisko ķēžu pētīšanai, daudz strādāja elektromagnētisko viļņu teorijas jomā, izstrādājot Maksvela lauka vienādojumus un vektoru analīzi, kā arī izgudrojot vektoru aprēķinu.
Meklēt