Slyšíte termín hertz v elektřině i při diskusi o přenosu elektromagnetických vln - jejichž příklady jsou světelné a rádiové vlny - a rychlosti počítačových procesorů. Společným faktorem všech těchto jevů je to, že zahrnují určitý typ kmitání a k měření frekvence těchto kmitů se používá hertzova jednotka. Má to jednoduchý význam. Jeden hertz je jednoduše jeden cyklus za sekundu. Obvykle se píše ve zkrácené formě, kterou je Hz. Takže namísto zápisu 100 cyklů za sekundu vědci píší 100 Hz.
Elektřina, která napájí domácnosti po celém světě, je známá jako střídavá střídavá elektřina. Místo přímého toku mezi dvojicí svorek střídavý proud osciluje a počet cyklů za sekundu je vyjádřen jako hertz. Frekvence vyrobené elektřiny není ve všech zemích stejná, ale v celé Severní Americe je to stejných 60 Hz. Obecně platí, že elektromagnetická energie sestává z oscilačních vlnových průběhů a frekvence oscilací, vyjádřená v Hz, určuje charakteristiky záření.
Původ jednotky Hertz
Hertz je pojmenován po Heinrichovi Hertzovi (1857–1894), německém fyzikovi, který se zasloužil o prokázání existence elektromagnetického záření. Jeho objevy potvrdily teorie založené Jamesem Clerkem Maxwellem a vyložily je ve čtyřech slavných rovnicích, které prokázaly, že světlo a teplo jsou elektromagnetické jevy.
Na cestě byl Hertz také prvním výzkumníkem, který potvrdil existenci fotoelektrického jevu, a prvním, kdo detekoval rádiové vlny. Není to praktický člověk, Hertz nevěřil, že tyto úspěchy budou mít ve světě nějaké využití, ale ve skutečnosti položily základy moderní bezdrátové doby. Vědecký svět poctil Hertze v roce 1930 všemi jeho úspěchy tím, že po něm pojmenoval jednotku frekvence.
Proč je vyráběná elektřina cyklická?
Elektrárny po celém světě vyrábějí elektřinu elektromagnetickou indukcí, což je jev, který objevil fyzik Michael Faraday a který studovali fyzici v průběhu 19. století. Základem tohoto jevu je, že měnící se magnetické pole indukuje elektrický proud ve vodiči. Elektrárny využívají tento princip pomocí páry k otáčení velké vodivé cívky v silném magnetickém poli. Kvůli rotaci cívky generovaná elektřina mění polaritu s každou rotací cívky. Je znám jako střídavý proud a frekvence posunu polarity, měřená v Hz, závisí na rychlosti otáčení turbíny.
Severoamerický standard 60 Hz sahá až k Nikolovi Teslovi, který zkonstruoval první elektrickou elektrárnu v Niagarských vodopádech. Tesla zjistila, že 60 Hz je nejúčinnější frekvence pro distribuci energie podél elektrického vedení. V Evropě a částech Asie, kde je standardní frekvence střídavého proudu 50 Hz, je přenos elektřiny o 15 až 20 procent méně účinný.
Hertzova jednotka v elektromagnetickém záření
V každém typu vlnového jevu jsou frekvence a vlnová délka reciproční veličiny. Protože veškeré elektromagnetické záření postupuje stejnou rychlostí - rychlostí světla - frekvence záření klesá s rostoucí vlnovou délkou. Při vývoji konceptů kvantové fyziky Max Planck zjistil, že energie (E) vlnového balíku světla - kvantového - je úměrný jeho frekvenci (F). Rovnice jeE = hf, kdehje Planckova konstanta.
Záření s nejvyšší energií je záření s nejvyšší frekvencí a často se měří v megahertzích (106 Hz), gigahertz (109 Hz) až po peta hertz (1015 Hz). Záření s frekvencemi v rozsahu petahertzů může existovat v jádrech černých děr a kvasarů, ale ne v každodenním pozemském světě lidských bytostí.