Edward Victor Appleton - Edward Victor Appleton

Edward Victor Appleton
Appleton.jpg
Doğmak ( 1892-09-06 )6 Eylül 1892
Öldü 21 Nisan 1965 (1965-04-21)(72 yaşında)
Edinburg , İskoçya
Milliyet ingilizce
gidilen okul Aziz John Koleji, Cambridge
Bilinen İyonosferik Fizik
Appleton katmanı Kennelly-Heaviside katmanının
varlığını gösteren
Ödüller Nobel Fizik Ödülü (1947)
Kraliyet Cemiyeti Üyesi (1927)
Hughes Madalyası (1933)
Faraday Madalyası (1946)
Chree Madalyası (1947)
Kraliyet Madalyası (1950)
Albert Madalyası (1950)
IEEE Onur Madalyası (1962)
Bilimsel kariyer
Alanlar Fizik
kurumlar Bradford College
King's College London
Cambridge
Üniversitesi Edinburgh Üniversitesi
Cavendish Laboratuvarı
Akademik danışmanlar JJ Thomson
Ernest Rutherford
Önemli öğrenciler JA Ratcliffe
Charles Oatley
Etkilenen Miles Barnett

Sir Edward Victor Appleton GBE KCB FRS (6 Eylül 1892 - 21 Nisan 1965) İngiliz fizikçi , Nobel Ödülü sahibi (1947) ve radyofizikte öncüydü . 1909'dan 1911'e kadar Bradford Koleji'nde okudu ve laboratuvar teknisyeni olarak çalıştı .

1924'te gerçekleştirilen deneyler sırasında iyonosferin varlığını kanıtlayan çığır açıcı çalışmasıyla 1947'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı .

biyografi

Sir Edward Victor Appleton'ın mezarı, Morningside Mezarlığı, Edinburgh

Appleton , bir depocu olan Peter Appleton ve Mary Wilcock'un oğlu olan Bradford , West Riding of Yorkshire'da doğdu ve Hanson Gramer Okulu'nda eğitim gördü .

1911'de, 18 yaşındayken , Cambridge'deki St John's College'a katılmak için bir burs kazandı ve 1913'te Fizik ile Doğa Bilimlerinde Birinci Sınıf Onur Derecesi ile mezun oldu. Aynı zamanda Isaac Newton Üniversitesi Locası'nın bir üyesiydi .

Birinci Dünya Savaşı sırasında Batı Binme Alayı'na katıldı ve daha sonra Kraliyet Mühendislerine transfer oldu . Birinci Dünya Savaşı'ndaki aktif hizmetten döndükten sonra , Appleton 1920'de Cavendish Laboratuvarı'nda deneysel fizikte yardımcı gösterici oldu . 1922'de Masonluğa başladı . King's College London'da (1924–36) fizik profesörü ve Cambridge Üniversitesi'nde (1936–39) doğa felsefesi profesörüydü . 1939'dan 1949'a kadar Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Departmanı sekreteriydi . 1941'de şövalyelik ünvanını alarak, radarın gelişmesine yol açan iyonosfer bilgisine katkılarından dolayı 1947 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı .

1949'dan 1965'teki ölümüne kadar, Appleton Edinburgh Üniversitesi'nde Müdür ve Rektör Yardımcısı olarak görev yaptı . 1956'da BBC, onu yıllık Reith Derslerini vermeye davet etti . Science and the Nation başlıklı altı radyo yayınından oluşan bir dizide , o sırada Britanya'daki bilimsel faaliyetlerin birçok yönünü araştırdı.

Sir Edward, eşi Helen Lennie (d. 1983) ile birlikte Edinburgh Morningside Mezarlığı'na gömüldü . Mezar, kuzeybatıdaki yeni konutun yakınında, en batıya doğru uzanmaktadır.

İşler

Appleton, orta dalga bandı gibi bir frekansta ve yüz millik bir yol üzerinde bir vericiden gelen radyo sinyalinin gücünün gündüzleri sabit olduğunu, ancak gece boyunca değiştiğini gözlemlemişti. Bu, iki radyo sinyalinin alınmasının mümkün olduğuna inanmasına neden oldu. Biri yer boyunca ilerliyordu, diğeri ise üst atmosferdeki bir katman tarafından yansıtılıyordu. Alınan genel radyo sinyalinin zayıflaması veya gücündeki değişiklik , iki sinyalin girişim modelinden kaynaklanmıştır.

Yansıtıcı bir atmosferik katmanın varlığı kendi içinde tamamen yeni bir fikir değildi. Balfour Stewart, 19. yüzyılın sonlarında, dünyanın manyetik alanındaki ritmik değişiklikleri açıklamak için bu fikri öne sürmüştü. Daha yakın zamanlarda, 1902'de Oliver Heaviside ve Arthur E. Kennelly , şimdi Kennelly-Heaviside katmanı olarak adlandırılan böyle bir elektromanyetik yansıtıcı tabaka önermişlerdi , Marconi'nin sinyallerini Atlantik boyunca iletmedeki başarısını açıklayabilir. Hesaplamalar, radyo dalgalarının doğal bükülmesinin, alıcıya ulaşmadan önce onları boş uzaya “fırlatmalarını” engellemeye yetmediğini göstermişti.

Appleton, iyonosferin kanıtını aramak için en iyi yerin, radyo sinyali alımlarında gün batımı civarında neden olduğuna inandığı varyasyonlarda olduğunu düşündü. Bu varyasyonların iki dalganın girişiminden kaynaklandığını öne sürmek mantıklıydı, ancak girişime neden olan ikinci dalganın (birincisi yer dalgasıydı) iyonosferden aşağı indiğini göstermek için fazladan bir adımdı. Tasarladığı deney, iyonosferik etkiyi göstermek için iki yönteme sahipti ve her ikisi de yansımanın alt sınırının yüksekliğinin (dolayısıyla yansıtıcı tabakanın alt sınırının) belirlenmesine izin verdi. İlk yönteme frekans modülasyonu adı verildi ve ikincisi, yansıyan sinyalin alıcı antene varış açısını hesaplamaktı.

Frekans modülasyonu yöntemi, yer dalgası ile yansıyan dalga arasında bir yol farkı olduğu gerçeğinden yararlanır, yani bunlar göndericiden alıcıya farklı mesafeler kateder.

Yer dalgasının kat ettiği AC mesafesi h ve yansıyan dalganın aldığı ABC mesafesi h' olsun. Yol farkı:

İletilen sinyalin dalga boyu λ'dır. h ve h' yolları arasındaki dalga boyu farkı sayısı:

N bir tamsayı ise, yapıcı girişim meydana gelecektir, bu, alıcı uçta maksimum bir sinyalin elde edileceği anlamına gelir. N, yarım dalga boylarından oluşan tek bir tam sayı ise, yıkıcı girişim meydana gelecek ve minimum bir sinyal alınacaktır. Belirli bir dalga boyu λ için bir maksimum sinyal aldığımızı varsayalım. λ'yı değiştirmeye başlarsak, bu frekans modülasyonu denilen süreçtir, N artık bir tam sayı olmayacak ve yıkıcı girişim oluşmaya başlayacak, yani sinyal azalmaya başlayacaktır. Şimdi tekrar maksimum sinyal alınana kadar λ'yı değiştirmeye devam ediyoruz. Yeni değerimiz λ' için, yeni değerimiz N' de bir tam sayı olduğu anlamına gelir. λ'yı uzatırsak, o zaman N'nin N'den bir eksik olduğunu biliriz. Böylece:

D için yeniden düzenleme şunları verir:

λ ve λ' bildiğimize göre, D'yi hesaplayabiliriz. ABC'nin bir ikizkenar üçgen olduğu yaklaşımını kullanarak, yansıtıcı katmanın yüksekliğini hesaplamak için D değerimizi kullanabiliriz. Bu yöntem, Appleton ve meslektaşları tarafından 1924'te iyonosferin yüksekliği için bir ilk değer bulmak için kullanılan yöntemin biraz basitleştirilmiş bir versiyonudur. Deneylerinde, emisyonlarının dalga boylarını değiştirmek için Bournemouth'taki BBC yayın istasyonunu kullandılar. Akşam programları bittikten sonra. Parazit etkilerini izlemek için Oxford'da bir alıcı istasyon kurdular. O günlerde Cambridge'den yaklaşık 62 mil (100 km) uzaklıkta uygun bir verici olmadığı için alıcı istasyonun Oxford'da olması gerekiyordu .

Bu frekans modülasyon yöntemi, dalgaların yansıtıldığı noktanın yaklaşık 90 km (56 mil) olduğunu ortaya çıkardı. Ancak, dalgaların yukarıdan yansıdığını tespit etmedi, gerçekten de Oxford ve Bournemouth arasındaki tepelerden geliyor olabilirler. Alıcıda yansıyan dalgaların geliş açısını bulmayı içeren ikinci yöntem, kesinlikle yukarıdan geldiklerini gösterdi. Bu açıdan üçgenlemeler, frekans modülasyon yöntemiyle uyumlu yansıma yüksekliği için sonuçlar verdi. Maxwell'in elektromanyetik teorisini kullanan oldukça karmaşık hesaplamalar içerdiğinden bu yönteme ayrıntılı olarak girmeyeceğiz.

Oxford-Bournemouth deneyinin başarısı, kesin olmaktan çok uzak, keşfedilmeyi bekleyen yeni ve geniş bir çalışma alanını ortaya çıkardı. Gerçekten de dünyanın yükseklerinde yansıtıcı bir tabaka olduğunu gösterdi ama aynı zamanda birçok yeni soruyu da beraberinde getirdi. Bu katmanın yapısı neydi, dalgaları nasıl yansıtıyordu, dünyanın her yerinde aynı mıydı, etkileri neden gece-gündüz bu kadar değişti, yıl boyunca mı değişti? Appleton hayatının geri kalanını bu soruları yanıtlayarak geçirecekti. Atmosferin bu bölümünün işleyişini modellemek için Lorentz ve Maxwell'in önceki çalışmalarına dayanan bir manyeto-iyonik teori geliştirdi . Bu teoriyi ve daha ileri deneyleri kullanarak, Kennelly-Heaviside tabakasının yoğun şekilde iyonize olduğunu ve dolayısıyla iletken olduğunu gösterdi. Bu, iyonosfer terimine yol açtı. İyonlaştırıcı ajanlar olarak serbest elektronları gösterdi. Belli bir frekansın üzerindeki dalgaların katmana nüfuz edebileceğini ve bu kritik frekansın katmandaki elektron yoğunluğunu hesaplamak için kullanılabileceğini keşfetti. Ancak bu nüfuz eden dalgalar da geri yansıtılacaktır, ancak çok daha yüksek bir katmandan. Bu, iyonosferin ilk tahmin edilenden çok daha karmaşık bir yapıya sahip olduğunu gösterdi. Alt seviye E - Katman olarak etiketlendi, daha uzun dalga boylarını yansıttı ve yaklaşık 78 mil (125 km) olarak bulundu. Çok daha yüksek elektron yoğunluğuna sahip olan yüksek seviye, F – Katmanı olarak etiketlendi ve alt katmana nüfuz eden çok daha kısa dalga boylarını yansıtabilirdi. Dünya yüzeyinden 186 – 248 mil (300 – 400 km) yüksekliktedir. Çoğu uzun menzilli kısa dalga telekomünikasyonunu sağlamaktan sorumlu olduğu için genellikle Appleton Katmanı olarak adlandırılan budur.

Manyeto-iyonik teori, Appleton'ın gün batımı sırasında radyoda duyulan gizemli solmaların kökenini açıklamasını da sağladı. Gün boyunca güneşten gelen ışık, oldukça düşük irtifalarda bile havadaki moleküllerin iyonize olmasına neden olur. Bu alçak irtifalarda havanın yoğunluğu büyüktür ve dolayısıyla iyonize havanın elektron yoğunluğu çok büyüktür. Bu ağır iyonizasyon nedeniyle, 'elektron sürtünmesinden' kaynaklanan elektromanyetik dalgaların güçlü bir şekilde emilmesi söz konusudur. Bu nedenle, herhangi bir mesafedeki iletimlerde, zemin seviyesindeki dalgalar dışındaki herhangi bir dalga yansıtılmak yerine emileceğinden yansıma olmayacaktır. Ancak güneş battığında moleküller yavaş yavaş elektronlarıyla yeniden birleşmeye başlar ve serbest elektron yoğunluk seviyeleri düşer. Bu, absorpsiyon oranlarının azaldığı ve dalgaların fark edilmeye yetecek güçte yansıtılabileceği anlamına gelir ve bu da bahsettiğimiz girişim fenomenine yol açar. Ancak bu girişim desenlerinin meydana gelmesi için, yalnızca yansıyan bir dalganın varlığı değil, yansıyan dalgada bir değişiklik olması gerekir. Aksi takdirde parazit sabittir ve sönümlemeler duyulmaz. Alınan sinyal, gündüze göre daha yüksek veya daha yumuşak olacaktır. Bu, güneş batarken yansımanın meydana geldiği yüksekliğin yavaşça değişmesi gerektiğini gösterir. Appleton, aslında, güneş battıkça arttığını ve daha sonra güneş yükseldikçe, yansıyan dalganın kaydedilemeyecek kadar zayıf olduğu zamana kadar azaldığını buldu. Bu varyasyon, iyonlaşmanın güneşin etkisine bağlı olduğu teorisiyle uyumludur. Gün batımında, güneş radyasyonunun yoğunluğu, dünya yüzeyinde atmosferde olduğundan çok daha az olacaktır. Bu, iyonik rekombinasyonun daha düşük irtifalardan daha yükseklere doğru yavaş yavaş ilerleyeceği ve bu nedenle dalgaların yansıdığı yüksekliğin güneş battıkça yavaş yavaş arttığı anlamına gelir.

Appleton'ın çalışmasının ardındaki temel fikir o kadar basittir ki, bilimsel kariyerinin neredeyse tamamını nasıl bu çalışmaya adadığını ilk başta anlamak zor. Ancak, son birkaç paragrafta konunun bazı karmaşıklıkları ortaya konmuştur. Diğer birçok alan gibi, çalışıldıkça karmaşıklığı artan bir alan. Ömrünün sonuna kadar, yansıtıcı katmanların küresel bir haritasını sağlamak için dünyanın her yerinde iyonosferik gözlemevleri kurulmuştu. 11 yıllık güneş lekesi döngüsü ve yüksek enlemlerde meydana gelen manyetik fırtınalar olan Aurora Borealis ile bağlantılar bulundu . Bu , fırtınaların radyo kesintilerine yol açacağı İkinci Dünya Savaşı sırasında özellikle alakalı hale geldi . Appleton'ın araştırması sayesinde bunların ne zaman olacağı önceden kestirilebiliyor ve iletişim en az etkilenecek dalga boylarına çevrilebiliyordu. Savaş zamanı bir başka önemli yeniliği olan Radar , Appleton'ın çalışması sayesinde ortaya çıktı. Çok genel bir düzeyde, araştırması, radyo sinyali vericilerinden yansıyan nesnelerin mesafesini belirlemekten ibaretti. Bu tam olarak radar fikri ve ekranda beliren yanıp sönen noktalar (katot ışın tüpü) dolaşan 'arama' çubuğu tarafından taranır. Bu sistem kısmen Appleton tarafından iyonosferik ölçümler yapmak için darbe yöntemi adı verilen yeni bir yöntem olarak geliştirilmiştir. Daha sonra Robert Watson-Watt tarafından uçakları tespit etmek için uyarlandı . Günümüzde, uydularla iletişim düşünüldüğünde iyonosferik veriler önemlidir. Bu sinyaller için doğru frekanslar, daha önce yansımadan veya sapmadan uydulara ulaşacak şekilde seçilmelidir.

1974'te Radyo ve Uzay Araştırma İstasyonu , Birleşik Krallık'ı iyonosferik araştırmalarda lider bir güç olarak kurmak için çok şey yapan ve istasyonda önce araştırmacı, sonra sekreter olarak yer alan adamın onuruna Appleton Laboratuvarı olarak yeniden adlandırıldı. ana organı olan Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Departmanı.

Başarılar ve ödüller

Appleton aşağıdaki verildi:

Ayrıca, onuruna şu isimler verilmiştir:

Sanatsal tanıma

Appleton'ın William Hutchison tarafından yapılan portresi, Edinburgh Üniversitesi Old College'da asılıdır .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

Akademik ofisler
Sir John Fraser'ın öncülüğünde
Edinburgh Üniversitesi'nin Müdürleri
1948–1965
Tarafından Başarılı
Michael Swann