Oliver Heaviside — elektromagnetika pioneer ja matemaatik
Oliver Heaviside — erakordne elektromagnetika pioneer ja matemaatik: tema töö Maxwelli võrrandite, vektoranalüüsi ja Kennelly‑Heaviside'i kihi avastustega muutis füüsikat.
Oliver Heaviside (Camden, London 18. mai 1850 - Torquay, Devon 3. veebruar 1925) oli inglise elektriinsener, matemaatik ja füüsik.
Kuigi ta oli oma eluajal teadusmaailmas hästi tuntud, mõistsid inimesed alles pärast tema surma, kui palju ta oli muutnud matemaatika ja füüsika uurimist. Ta kasutas kompleksarvusid elektriliste vooluahelate uurimiseks ja tegi palju tööd elektromagnetilise laine teooria alal, mis tingis vajaduse leida uusi viise diferentsiaalvõrranditega töötamiseks. Ta tegi tööd Maxwelli välivõrrandite võrrandite ja vektoranalüüsi kallal. Osa ionosfäärist on saanud tema nime: Kennelly-Heaviside'i kiht. Tema isiksus oli väga ekstsentriline ja ta on hea näide sellest, mida paljud inimesed peavad hulluks teadlaseks.
Elulugu lühidalt
Heaviside oli peamiselt enesetäiendaja: ta pidas endale hariduse eelkõige iseseisvalt omandatuks, kuigi töötas varasemalt ka tehnilistes ametites, mis andsid talle praktilise tausta telegraafia ja elektri valdkonnas. Tal ei olnud tavapärast akadeemilist karjääri; ta töötas mitmesugustes praktikapõhistes ülesannetes ja pühendus suure osa 1870.–1900. aastate teadustööle iseseisvalt. Elu lõpuosas tõmbus ta erakusse ja kolis Devonisse, kus ta suri 1925. aastal.
Peamised teadustööd ja leiutised
- Vektoranalüüs ja Maxwelli lihtsustamine — Heaviside töötas välja mugavama, praktilisema vormi Maxwelli teooriast, vormides välja kaasaegsema vektorkasutuse, mis muudab elektrodünaamika ja elektromagnetismi võrrandid lihtsamini kasutatavaks inseneri- ja füüsikapraktikas.
- Telegraphi võrrandid — ta töötas välja ja analüüsis võrrandeid, mis kirjeldavad elektrisignaali levikut juhtmes (nn telegraphi või ülekandeliini võrrandid). Need tulemused on aluseks kogu kaabel- ja signaalitehnika teooriale.
- Operatsiooniline kalkulatsioon — Heaviside arendas välja operatiivse meetodi diferentsiaalvõrrandite lahendamiseks (Heaviside'i operatsiooniline kalkulatsioon), mis hiljem seostati Laplace'i teisenduse ja sagedasti kasutatava tööriistana inseneriteaduses. Ta tutvustas ka Heaviside'i laienemisteoreemi, mis aitab pöördlaplass-teisendusi teostada.
- Heaviside'i sammufunktsioon — funktsioon, mida kasutatakse laialdaselt signaalitöötluses ja süsteemiteoorias, on temaga seotud ja kannab tema nime.
- Ionosfäär ja raadiolevi — ta ennustas ja kirjeldas kõrgemaidade elektriliselt juhtiva kihi olemasolu atmosfääris, mis peegeldab raadiolaineid ja seletab rahvusvahelist raadiokuuluvust; sellest kiht sai nime Kennelly-Heaviside'i kiht.
Mõju ja pärand
Heaviside'i töö viis paljude teoreetiliste ideede praktilise rakendamiseni side- ja elektrotehnikas. Tema lähenemine – lihtsustada keerulisi matemaatilisi väljendeid ja pakkuda inseneridele kasutatavaid tööriistu – aitas kujundada moodsat elektrotehnikat. Tema operatsiooniline meetod ja sammufunktsioon on tänaseni igapäevased tööriistad signaalitöötluses, kontrolliteoorias ja elektrisüsteemide analüüsis.
Isiksus ja tunnustus
Heaviside oli tuntud oma eripärase käitumise, kinnisideede ja mõnikord äärmusliku tagasihoidlikkuse poolest. Ta põlgas mõningaid akadeemilisi kombeid ja kirjavahetuses seisis sageli vastu tollastele teaduslikele autoriteetidele. Paljud tema ideed võeti ametlikult vastu alles aastakümneid hiljem. Hoolimata sellest sai ta eluajal ning eriti pärast surma laialdast tunnustust – tema nimi on alatiselt seotud mitmete põhimõistetega füüsikas ja inseneriteaduses.
Mõned olulisemad terminid ja nimetused
- Heaviside'i sammufunktsioon
- Heaviside'i operatsiooniline kalkulatsioon
- Kennelly-Heaviside'i kiht (ionosfäär)
- Telegraphi (ülekandeliini) võrrandid
Kokkuvõte: Oliver Heaviside oli erakordselt viljakas ja praktiline mõtleja, kes kombineeris matemaatilist teravmeelsust ja inseneritunnetust. Tema töö lihtsustas Maxwelli teooriat, aitas lahendada keerulisi diferentsiaalvõrrandeid ja pani aluse paljudele tänapäevastele side- ja signaalitehnoloogia meetoditele.
Oliver Heaviside, ~1900
Life
Heaviside sündis Londonis Camden Townis. Tema isa oli oskuslik puugraveerija. Tema onu, Sir Charles Wheatstone (1802-1875), oli telegraafi leiutaja ja tegi 1837. aastal Eustoni jaamast kuulsaid katseid.
Heaviside oli lühike ja tal olid punased juuksed. Kui ta oli noor, kannatas ta tulipunase palaviku all, mis tegi ta üsna kurdiks, eriti hilisematel aastatel. Heaviside õppis Camden House School kuni ta oli 16 ja jätkas õppimist kodus, kuni ta oli 18. Ta sai tööd telegraafioperaatorina ja töötas mõnda aega Taanis. Ta märkas, et Inglismaalt Taanisse jõudmise kiirus oli 40% kiirem kui vastupidi, ja 1871. aastal leidis ta Inglismaalt Taani suunduvas telegraafikaablis vea. 1873. aastal sai ta kätte Maxwelli raamatu "A Treatise on Electricity and Magnetism" esimese väljaande. See raamat avaldas talle suurt mõju ja see aitas tal luua palju matemaatilisi ideid. Sel ajal töötas ta Newcastle'is. Aastal 1875 läks ta tagasi Londonisse, et elada oma vanemate juures. Seal veetis ta palju aega oma avastuste üleskirjutamisega, kuid keegi ei tahtnud tema töid avaldada, sest need olid liiga raskesti mõistetavad. Ta analüüsis vahelduvvoolu 15 aastat enne, kui seda hakati kaubanduslikult kasutama.
Kui tema vanemad kolisid Paigntonisse, kolis ta nendega koos. Pärast nende surma elas ta Newton Abbottis ja seejärel, alates 1908. aastast kuni surmani, Torquays. Ta oli vallaline.
Eksentriline käitumine
Vanas eas muutus Heaviside üha ekstsentrilisemaks. Ta oli vaene ja elas üksi suures majas Torquays, mida ta ei saanud korralikult kütta. Talle meeldis, kui sõbrad külastasid teda, kuid paljud inimesed tõrkusid teda, sest ta võis sageli olla ebaviisakas. Ta ei osanud süüa teha ja üks sõbralik politseinik käis regulaarselt majas, et talle toitu tuua. Kuna Heaviside oli kurt ja ei kuulnud koputust uksele, avas politseinik tavaliselt postkasti ja puhus valjusti pilli. Maja ja aed olid kohutavas segaduses. Tema majas olid mööbliks graniiditükid. Oma nime järele pani ta tihti naljaga pooleks tähed W.O.R.M. (W.O.R.M.). Ta hakkas oma sõrmeküüsi roosaks värvima. Vähemalt ühel korral värvis ta oma juuksed mustaks ja kandis niiskena teekoset peas.
Kui ta 1925. aastal redelilt maha kukkus ja kiirabiga hooldekodusse viidi, oli see esimene kord, kui ta oli mootorsõidukis. Ta ütles kiirabi juhile, et talle meeldis see sõit. Ta suri kuu aega hiljem Torquay hooldekodus ja maeti Paigntonis.
Tema töö
| Elektromagnetism |
|
|
| Elekter - Magnetism |
| Elektriline laeng - Coulombi seadus - |
| Magnetostaatika Ampère'i seadus - Elektrivool - Magnetväli - |
| Elektrodünaamika Lorentzi jõuseadus - emf - elektromagnetiline induktsioon - Faraday seadus - Lenz'i seadus - nihkevool - Maxwelli võrrandid - elektromagnetväli - elektromagnetiline kiirgus - Liénard-Wiechert'i potentsiaal - Maxwelli tensor - keerisvool |
| Elektriline võrk Elektrijuhtivus - elektritakistus - mahtuvus - |
| Kovariantne sõnastus Elektromagnetiline tensor - EM pinge-energia tensor - Nelikvool - Elektromagnetiline nelipotentsiaal |
| · v · t · e |
Heaviside oli nagu Sir Isaac Newton, sest ta töötas üksi ja ei avaldanud alati kõiki oma eksperimente. Ta kirjutas oma märkmikutesse palju ideid, kuid ta ei arvanud, et need ideed on avaldamiseks valmis, kuid need osutusid siiski väga olulisteks. Näiteks pakkus ta välja, et mitu kilomeetrit maapinnast kõrgemal on olemas atmosfääri juhtiv kiht, mida saaks kasutada raadiolainete saatmiseks kaugele ümber Maa kõveruse. 1923. aastal avastati tõepoolest, et on olemas keerulised ioniseeritud kihid (mida nimetatakse "ionosfääriks"). Hiljem nimetati Kennelly-Heaviside'i kiht tema järgi. 1950. aastaks, 25 aastat pärast tema surma, oli üle maailma enam kui 50 jaama, mis katsetasid raadiosidet ülemises atmosfääris.
Heaviside tegi uuringuid selle kohta, kuidas kõnet telefoni teel selgelt edastada. Ta uuris peegeldusi telefoniliinides (need tekitasid häirivat kaja). Alates 1886. aastast tegeles ta peamiselt elektromagnetlainete levikuga ruumis, mille oli välja töötanud Hertz, ja aatomite liikumisega, mille oli avastanud J. J. Thomson.
Au
Heaviside ei olnud huvitatud autasustamisest. Tõepoolest, ta ei teeninud oma avastustega kunagi raha ja sageli oli tal raske arveid maksta. Ilmselt oli ta väga rahul, et 1891. aastal sai ta Kuningliku Seltsi liikmeks (Fellow of the Royal Society). Valitsus määras talle 120 naelsterlingi suuruse pensioni aastas. 1908. aastal valiti ta Elektrotehnika Instituudi (Institution of Electrical Engineers) auliikmeks ja 1918. aastal Ameerika Elektrotehnika Instituudi (Americal Institute of Electrical Engineers) auliikmeks. 1921. aastal oli ta esimene isik, keda autasustati Faraday medaliga.
Heaviside'i kuulus tsitaat on: "Kas ma peaksin keelduma oma õhtusöögist, sest ma ei mõista täielikult seedimise protsessi?
Heaviside'i haud Paigntoni kalmistul
Seotud leheküljed
- Heaviside'i funktsioon
- Magnetiline reluktants
- Diraci deltafunktsioon
- Koaksiaalkaabel
- Hughesi medal
Küsimused ja vastused
K: Kes oli Oliver Heaviside?
V: Oliver Heaviside oli inglise elektriinsener, matemaatik ja füüsik, kes elas 18. maist 1850 kuni 3. veebruarini 1925.
K: Millega ta tegeles teadusmaailmas?
V: Ta kasutas kompleksarvusid elektriliste vooluahelate uurimiseks ja tegi palju tööd elektromagnetilise laine teooria alal, mis tingis vajaduse leida uusi viise diferentsiaalvõrranditega töötamiseks. Ta töötas ka Maxwelli välivõrrandite ja vektoranalüüsi kallal ning teda peetakse vektorarvutuse leiutajaks.
K: Kuidas on tema tööd tunnustatud?
V: Tema tööd on tunnustatud pärast tema surma; inimesed on mõistnud, kui palju ta muutis matemaatika ja füüsika uurimist. Osa ionosfäärist on tema järgi kaasnimetatud - Kennelly-Heaviside'i kiht - austuseks tema saavutustele.
K: Milline inimene oli Oliver Heaviside?
V: Oliver Heaviside oli ekstsentriline isiksus, kes sageli vastas sellele, mida paljud inimesed peavad hullumeelse teadlase stereotüübiks.
K: Mida ta andis matemaatikale ja füüsikale?
V: Oliver Heaviside andis olulise panuse nii matemaatikasse kui ka füüsikasse, kasutades kompleksarvusid elektriliste vooluahelate uurimiseks, tehes palju tööd elektromagnetilise laine teooria alal, töötades Maxwelli vältevõrrandite võrrandite ja vektoranalüüsi kallal ning leiutades vektorarvutuse (Vector Calculus).
Otsige