Oliver Heaviside – pionjär inom elektromagnetism och vektorkalkyl
Oliver Heaviside — självlärd pionjär i elektromagnetism och uppfinnare av vektorkalkyl. Upptäck hans banbrytande arbete med Maxwells ekvationer och Kennelly‑Heaviside‑skiktet.
Oliver Heaviside (Camden, London 18 maj 1850 - Torquay, Devon 3 februari 1925) var en engelsk självlärd elektroingenjör, matematiker och fysiker.
Även om han var välkänd i den vetenskapliga världen under sin livstid var det inte förrän efter sin död som folk insåg hur mycket han hade förändrat studiet av matematik och fysik. Han använde komplexa tal för att studera elektriska kretsar och arbetade mycket med elektromagnetisk vågteori, vilket gjorde det nödvändigt att hitta nya sätt att arbeta med differentialekvationer. Han arbetade med Maxwells fältekvationer och vektoranalys. Han var faktiskt uppfinnaren av vektorkalkylen. En del av jonosfären har fått ett gemensamt namn efter honom: Kennelly-Heaviside-skiktet. Hans personlighet var mycket excentrisk och han är ett bra exempel på vad många tänker på som en galen vetenskapsman.
Bildgalleri
5 Bilder
Vetenskapliga bidrag
Heaviside gjorde flera avgörande bidrag till elektromagnetism, telekommunikation och matematisk metodik. Bland de viktigaste kan nämnas:
- Förenkling av Maxwells ekvationer: Heaviside omformulerade och förenklade de ursprungliga formuleringarna av Maxwells fältekvationer till den mer kompakta och praktiska vektorform som i dag används inom elektrodynamiken. Detta gjorde teorin lättare att tillämpa för ingenjörer.
- Utveckling av vektorkalkyl: Han var en av dem som utvecklade och populariserade modern vektoranalys, med notation och metoder som gjorde det enkelt att hantera fält och differentialoperatorer i tre dimensioner.
- Operational calculus och Heaviside-steget: Heaviside utvecklade en praktisk operatormetod för att lösa differentialekvationer (s.k. operational calculus) och introducerade det som i dag kallas Heaviside step function. Hans metoder var länge kontroversiella men togs senare formellt i bruk via Laplace-transformer.
- Telegraf- och transmissionslinjeteori: Genom sitt arbete på problem med signalöverföring och förvrängning i telegraflinjer härledde han de så kallade telegrafekvationerna (telegrapher's equations). Han visade också värdet av induktiva "loading coils" för att minska signalförvrängning över långa ledningar.
- Jonosfären: Tillsammans med Arthur E. Kennelly gav hans arbete namn åt Kennelly–Heaviside-skiktet, ett lager i jonosfären som påverkar radiovågor och möjliggör långdistansradio via reflektion.
Arbetsmetoder och stil
Heaviside var självlärd och föredrog praktiska, ofta algebraiska lösningar framför långa rigorösa bevis. Hans skriftliga stil var kortfattad och direkt, vilket ibland gjorde att matematiker ifrågasatte hans metoder, men många av hans idéer visade sig senare vara både riktiga och användbara. Han använde bland annat komplexa tal och fasbegrepp för att analysera växelströmssystem och signaler.
Personlighet och liv
Heaviside beskrivs ofta som excentrisk och tillbakadragen. Han arbetade länge för telegrafbolag och ägnade mycket tid åt självstudier och egna beräkningar. Mot slutet av sitt liv drog han sig undan från det offentliga livet och bodde i Torquay, där han också avled 1925. Trots sin tillbakadragenhet fick han efter hand erkännande för sina insatser.
Eftermäle
Oliver Heavisides idéer har haft långvarig betydelse för både teoretisk och tillämpad fysik och för ingenjörsvetenskap. Hans omformulering av Maxwells ekvationer och arbeten inom transmissionslinjeteori, operatormetoder och vektorkalkyl ligger fortfarande till grund för mycket av dagens telekommunikation, radioteknik och elektromagnetisk teori. Hans metoder och begrepp (t.ex. Heaviside-funktionen) används idag i matematik, signalbehandling och fysik.
Livet
Heaviside föddes i Camden Town i London. Hans far var en skicklig trägravör. Hans farbror, Sir Charles Wheatstone (1802-1875), var med och uppfann telegrafen och gjorde berömda experiment 1837 från Euston Station.
Heaviside var kort och hade rött hår. När han var ung drabbades han av scharlakansfeber som gjorde honom ganska döv, särskilt under hans senare år. Heaviside studerade vid Camden House School tills han var 16 år och fortsatte att studera hemma tills han var 18 år. Han fick jobb som telegrafist och arbetade en tid i Danmark. Han noterade att driftshastigheten var 40 procent högre från England till Danmark än tvärtom, och 1871 hittade han ett fel i telegrafkabeln från England till Danmark. År 1873 fick han ett exemplar av den första upplagan av Maxwells bok A Treatise on Electricity and Magnetism. Han blev mycket påverkad av denna bok och den hjälpte honom att producera många matematiska idéer. Vid denna tid arbetade han i Newcastle. År 1875 åkte han tillbaka till London för att bo hos sina föräldrar. Där tillbringade han mycket tid med att skriva ner sina upptäckter, men ingen ville publicera hans papper eftersom de var för svåra att förstå. Han analyserade växelströmmar 15 år innan de började användas kommersiellt.
När hans föräldrar flyttade till Paignton flyttade han med dem. Efter deras död bodde han i Newton Abbott och sedan, från 1908 till sin död, i Torquay. Han var ogift.
Excentriskt beteende
På äldre dagar blev Heaviside mer och mer excentrisk. Han var fattig och bodde ensam i ett stort hus i Torquay som han inte hade råd att värma upp ordentligt. Han gillade när vänner kom på besök, men många människor avskräcktes eftersom han ofta kunde vara oförskämd. Han kunde inte laga mat och en vänlig polis kom regelbundet till huset för att ge honom mat. Eftersom Heaviside var döv och inte kunde höra när det knackades på dörren brukade polismannen öppna brevlådan och blåsa högt i sin visselpipa. Huset och trädgården var i en fruktansvärd röra. Han hade granitklumpar i sitt hus som möbler. Han satte ofta bokstäverna W.O.R.M. efter sitt namn, bara för skojs skull. Han började måla sina fingernaglar rosa. Vid minst ett tillfälle färgade han sitt hår svart och bar en teakosy på huvudet när det var vått.
När han 1925 föll från en stege och fördes med ambulans till ett vårdhem var det första gången han satt i ett motorfordon. Han berättade för ambulansföraren att han hade njutit av färden. Han dog på vårdhemmet i Torquay en månad senare och begravdes i Paignton.
Hans arbete
| Elektromagnetism |
|
|
| Elektricitet - Magnetism - Magnetisk permeabilitet |
| Elektrisk laddning - Coulombs lag - |
| Magnetostatik Ampères lag - Elektrisk ström - Magnetfält - |
| Elektrodynamik Lorentz kraftlag - emf - Elektromagnetisk induktion - Faradays lag - Lenz' lag - Förskjutningsström - Maxwells ekvationer - EM-fält - Elektromagnetisk strålning - Liénard-Wiechert-potential - Maxwell-tensor - Eddyström |
| Elektriskt nätverk |
| Kovariantformulering Elektromagnetisk tensor - EM spänningsenergitensor - Fyrström - Elektromagnetisk fyrpotential |
Heaviside liknade Sir Isaac Newton i det avseendet att han arbetade ensam och inte alltid publicerade alla sina experiment. Han skrev många idéer i sina anteckningsböcker, men han trodde inte att dessa idéer var redo att publiceras, men de visade sig ändå vara mycket viktiga. Han föreslog till exempel att det fanns ett atmosfäriskt ledande lager många kilometer ovanför jordytan som kunde användas för att sända radiovågor på långa avstånd runt jordens krökning. År 1923 upptäckte man faktiskt att det fanns komplexa, joniserade lager (kallade "jonosfären"). Kennelly-Heaviside-skiktet fick senare sitt namn efter honom. År 1950, 25 år efter hans död, fanns det mer än 50 stationer världen över som experimenterade med radiokommunikation i den övre atmosfären.
Heaviside gjorde studier om hur man kan överföra tal tydligt i telefonkommunikation. Han studerade reflexioner i telefonkretsar (dessa gav störande ekon). Från och med 1886 ägnade han den mesta av sin tid åt elektromagnetiska vågors utbredning i rymden, som hade utvecklats av Hertz, och åt atomernas rörelse, som hade upptäckts av J.J. Thomson.
Utmärkelser
Heaviside var inte intresserad av att få utmärkelser. Han tjänade aldrig några pengar på sina upptäckter och hade ofta svårt att betala räkningarna. Han var förmodligen mycket nöjd med att bli utnämnd till ledamot av Royal Society 1891. Han tilldelades en pension på 120 pund per år från Civil List av regeringen. År 1908 valdes han till hedersmedlem av Institution of Electrical Engineers och 1918 till hedersmedlem av Americal Institute of Electrical Engineers. År 1921 var han den första personen som hedrades med Faradaymedaljen.
Ett berömt citat av Heaviside är: "Skall jag vägra äta min middag för att jag inte helt förstår matsmältningsprocessen?"
Relaterade sidor
Frågor och svar
F: Vem var Oliver Heaviside?
S: Oliver Heaviside var en engelsk elektroingenjör, matematiker och fysiker som levde från den 18 maj 1850 till den 3 februari 1925.
F: Vad gjorde han i den vetenskapliga världen?
S: Han använde komplexa tal för att studera elektriska kretsar och arbetade mycket med elektromagnetisk vågteori, vilket gjorde det nödvändigt att hitta nya sätt att arbeta med differentialekvationer. Han arbetade också med Maxwells fältekvationer och vektoranalys och räknas som uppfinnaren av vektorkalkyl.
F: Hur har hans arbete uppmärksammats?
S: Hans arbete har uppmärksammats efter hans död; människor har insett hur mycket han förändrade studiet av matematik och fysik. En del av jonosfären har fått ett gemensamt namn efter honom - Kennelly-Heaviside-skiktet - som en hyllning till hans prestationer.
F: Vilken typ av person var Oliver Heaviside?
S: Oliver Heaviside hade en excentrisk personlighet och passade ofta in i det som många människor ser som en stereotyp galen vetenskapsman.
F: Vad bidrog han med till matematiken och fysiken?
S: Oliver Heaviside bidrog i hög grad till både matematik och fysik genom att använda komplexa tal för att studera elektriska kretsar, göra mycket arbete med elektromagnetisk vågteori, arbeta med Maxwells fältekvationer och vektoranalys samt uppfinna vektorkalkylen.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Oliver Heaviside – pionjär inom elektromagnetism och vektorkalkyl Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/72401