Герц тщательно изучил все, что было известно к этому времени об электрических колебаниях и в теоретическом, и в практическом планах. Найдя в физическом кабинете пару индукционных катушек и готовя демонстрационный опыт, он обнаружил, что при разряде лейденской банки (конденсатора) через одну из двух расположенных поблизости одна от другой спиралей Рисса в другой спирали наводится напряжение. Спирали представляли собой катушки индуктивности, витки которых располагались в одной плоскости, а плоскости обеих катушек были параллельны. Лейденская банка разряжалась через "первичную" катушку, при этом наблюдалось искрение между ее зажимами, находящимися достаточно близко друг от друга. В свою очередь, напряжение, индуцированное во "вторичной" катушке, приводило к искрению между ее зажимами.
Это явление можно было принять за проявление открытой еще Фарадеем взаимной индукции, но Герц показал, что в данном случае имеет место излучение, носящее волновой характер. Меняя расстояние между катушками, он определил по наличию и интенсивности искрения положения пучностей и узлов генерируемых электромагнитных волн. Период этих колебаний оказался около одной пятимиллионной доли секунды, что определило длину волны порядка шести метров. Так в 1886 году начались опыты, продлившиеся 25 месяцев.
В результате последующих экспериментов Герц создал источник электромагнитных волн, названный им "вибратором". Вибратор состоял из двух проводящих сфер (в ряде опытов цилиндров) диаметром 10-30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров. На начальном этапе опытов вместо сфер использовались квадратные металлические листы со стороной 40 см. Сферы или листы подсоединялись ко вторичной обмотке катушки Румкорфа, являвшейся источником высокого напряжения. Кстати, в таком виде вибратор Герца был использован как передатчик в первых практических схемах пионеров радиосвязи А.С. Попова и Г. Маркони в 1895 и 1896 гг.
Суть происходящих в вибраторе явлений коротко заключается в следующем. Индуктор Румкорфа создает на концах своей вторичной обмотки очень высокое, порядка десятков киловольт, напряжение, заряжающее сферы зарядами противоположных знаков. В определенный момент в искровом промежутке вибратора возникает электрическая искра, делающая сопротивление его воздушного промежутка столь малым, что в вибраторе возникают высокочастотные затухающие колебания, длящиеся во все время существования искры. Поскольку вибратор представляет собой открытый колебательный контур, происходит излучение электромагнитных волн.
Для решающих опытов, долженствующих показать полную тождественность электромагнитных и световых волн, установить поляризацию волн и доказать не только отражение, но и преломление, нужно было перейти к еще более коротким волнам. Герцу удается получить волны длиной около 60 см (частота около 500 МГц) и с ними провести последние опыты. Для создания столь коротких волн Герц использовал медные стержни диаметром 3 см и длиной 9 см в качестве эквивалента катушки колебательного контура. На концах стержней располагались медные шары диаметром 4 см как эквиваленты конденсатора. Именно такой вибратор впоследствии был назван его именем.
В качестве детектора, или приемника, Герц использовал кольцо (иногда прямоугольник) с разрывом - искровым промежутком, который можно было регулировать. Диаметр кольца с величины более метра в первых опытах к их концу уменьшился до 7 см.
"Я работаю, как рабочий на заводе и по времени, и по характеру, я по тысяче раз повторяю каждый подъем руки:", - сообщал профессор в письме своим родителям в 1877 году. Насколько трудны были опыты со все же достаточно длинными для исследования их в помещении волнами (по сравнению со световыми) видно из следующих примеров. Для возможности фокусировки электромагнитных волн было выгнуто параболическое зеркало из листа оцинкованного железа размерами 2х1,5м. При помещении вибратора в фокус зеркала создавался параллельный поток лучей. Для доказательства преломления этих лучей из асфальта была сделана призма в виде равнобедренного треугольника с боковой гранью 1,2 м, высотой 1,5 м и массой 1200 кг.
Приемное кольцо было названо Герцем "резонатором". Опыты показали, что изменением геометрии резонатора - размерами, взаимоположением и расстоянием относительно вибратора - можно добиться "гармонии", или "синтонии" (резонанса) между источником электромагнитных волн и приемником. Наличие резонанса выражалось в возникновении искр в искровом промежутке резонатора в ответ на искру, возникающую в вибраторе. В опытах Герца посылаемая искра была длиной 3-7 мм, а искра в резонаторе - всего несколько десятых долей миллиметра. Увидеть такую искру можно было только в темноте, да и то воспользовавшись лупой.
После огромной серии трудоемких и чрезвычайно остроумно поставленных опытов с использованием простейших, так сказать, подручных средств экспериментатор достиг цели. Удалось измерить длины волн и рассчитать скорость их распространения. Были доказаны наличие отражения, преломления, дифракции, интерференции и поляризации волн. Все теоретические положения Максвелла были блестяще подтверждены экспериментально. Но помимо этого, Герц своими опытами дал в руки физиков мощное экспериментальное орудие. Он не только показал, как надо работать на ультракоротких и даже дицеметровых - по современной градации - волнах, но и построил излучающие и приемные устройства, направленные системы и целый ряд других устройств.
После своего доклада 13 декабря 1888 года в Берлинском университете и публикаций 1877 - 78 гг. Герц сделался одним из самых популярных ученых, а электромагнитные волны стали повсеместно именоваться "лучами Герца". Работы Герца в области электромагнитных волн имели основополагающее значение для дальнейшего развития в этой области физики. Его опыты были многократно повторены, усовершенствованы и в конечном итоге привели к изобретению радио и телевидения. Не случайно, что первая в мире смысловая радиограмма, осуществленная 12 марта 1896 года А.С. Поповым, содержала всего два слова: "Генрих Герц" как дань уважения памяти великого ученого, открывшего дверь в мир радио, хотя сам он о таком использовании своего, как он считал, чисто научного открытия даже не помышлял.
В 1932 году в СССР, а в 1933 году на заседании Международной электротехнической комиссия была принята единица частоты периодического процесса "герц", вошедшая затем в международную систему единиц СИ. 1 герц равен одному полному колебанию за одну секунду.
По мнению современника Герца, физика Дж. Томсона (1856-1940), работы Герца представляют собой изумительный триумф экспериментального мастерства, изобретательности и вместе с тем образец осторожности в выводе заключений.
Однажды, когда мать Герца сообщила мастеру, обучавшему мальчишку Герца токарному делу, что Генрих стал профессором, тот весьма огорчился и заметил:
- Ах, как жаль. Из него получился бы великолепный токарь.
Искровой беспроволочный телеграф, как эпоха ранней радиосвязи.
Изучение свойств электромагнитных волн, теоретически предсказанных М. Фарадеем и Д. Максвеллом и практически доказанных Г. Герцем, приводило к мысли о возможности их использования для организации беспроволочной связи.
Среди учёных, повторивших опыты Герца, наиболее далеко продвинулся английский физик О. Лодж, создавший в 1893г. весьма удачный индикатор электромагнитных волн, основанный на использовании металлических опилок. Свойство металлических порошков менять свои электрические свойства под действием электромагнитных волн на протяжении 19 в. обнаруживалось несколько раз, но вначале воспринималось лишь как любопытное физическое явление. Впервые оно наблюдалось в 1838г. В 1884г., итальянский физик Ф.Кальцески-Онести, проводя опыты с использованием в электрической схеме трубки, с металлическими опилками, в очередной раз натолкнулся на свойство последних резко менять свою электропроводимость под действием возникающей в схеме электрической искры.
В 1890-1891гг. французский физик Э.Бранли (1844-1940) достаточно глубоко исследовал различные порошки и опилки, помещённые им в изолирующую трубку с металлическими выводами по концам. Оказалось, что под действием электрических разрядов порошки и опилки резко увеличивают электропроводимость, но при этом теряют чувствительность, для восстановления которой трубку нужно встряхивать. Свой прибор Бранли назвал "радиокондуктором", но в научную литературу он вошёл как "трубка Бранли". Оливер Лодж, воспроизводя и совершенствуя опыты Герца, доработал "радиокондуктор" и в 1893г. сконструировал прибор, названный им "когерером" (сцепителем), ставшим основой будущих первых радиоприёмников.
В самом начале 1894г. телеграф приносит печальную весть: в Германии на 37-м году жизни 1 января умер Генрих Герц. Учёные всего мира чтят память талантливого исследователя траурными заседаниями. В Британской АН с большим докладом о научном наследии Герца выступает О. Лодж.
Успех доклада был потрясающим. Учёные были поражены теми достижениями, каких добился Лодж в демонстрации электромагнитных волн. Им даже не понадобились сильные лупы, которыми они запаслись для наблюдения слабых искорок резонатора, так как Лодж использовал когерер, хорошо улавливающий "лучи Герца", посылаемые вибратором. Это позволило демонстрировать опыты сразу большой аудитории.