Den Begriff Hertz hört man in der Elektrizität ebenso wie bei der Übertragung elektromagnetischer Wellen – Beispiele hierfür sind Licht- und Radiowellen – und der Geschwindigkeit von Computerprozessoren. Allen diesen Phänomenen ist gemeinsam, dass sie irgendeine Art von Schwingung beinhalten und die Hertz-Einheit zum Messen der Frequenz dieser Schwingungen verwendet wird. Es hat eine einfache Bedeutung. Ein Hertz ist einfach ein Zyklus pro Sekunde. Es wird normalerweise in seiner abgekürzten Form geschrieben, die Hz ist. Anstatt 100 Zyklen pro Sekunde zu schreiben, schreiben Wissenschaftler also 100 Hz.
Der Strom, der Haushalte weltweit mit Energie versorgt, wird als AC – Wechselstrom – Strom bezeichnet. Anstatt direkt zwischen einem Klemmenpaar zu fließen, oszilliert der Wechselstrom, und die Anzahl der Zyklen pro Sekunde wird in Hertz ausgedrückt. Die Frequenz des erzeugten Stroms ist nicht in jedem Land gleich, aber in ganz Nordamerika beträgt sie einheitlich 60 Hz. Im Allgemeinen besteht elektromagnetische Energie aus schwingenden Wellenformen, und die Frequenz der Schwingungen, ausgedrückt in Hz, bestimmt die Eigenschaften der Strahlung.
Der Ursprung der Hertz-Einheit
Das Hertz ist nach Heinrich Hertz (1857–1894) benannt, einem deutschen Physiker, dem der Nachweis der Existenz elektromagnetischer Strahlung zugeschrieben wird. Seine Entdeckungen bestätigten die von James Clerk Maxwell aufgestellten Theorien und legten in den vier berühmten Gleichungen fest, dass Licht und Wärme elektromagnetische Phänomene sind.
Hertz war auch der erste Forscher, der die Existenz des photoelektrischen Effekts bestätigte und als erster Radiowellen entdeckte. Da Hertz kein praktischer Mensch war, glaubte Hertz, dass diese Errungenschaften keinen Nutzen in der Welt haben würden, aber tatsächlich legten sie den Grundstein für das moderne drahtlose Zeitalter. Für all seine Leistungen ehrte die wissenschaftliche Welt Hertz 1930, indem sie die Frequenzeinheit nach ihm benannte.
Warum ist Strom zyklisch?
Kraftwerke auf der ganzen Welt erzeugen Elektrizität durch elektromagnetische Induktion, ein Phänomen, das der Physiker Michael Faraday entdeckt und das ganze 19. Jahrhundert von Physikern untersucht hat. Die Grundlage dieses Phänomens ist, dass ein sich änderndes Magnetfeld in einem Leiter einen elektrischen Strom induziert. Kraftwerke machen sich dieses Prinzip zunutze, indem sie mit Dampf eine große leitende Spule in einem starken Magnetfeld drehen. Aufgrund der Drehung der Spule ändert die erzeugte Elektrizität bei jeder Drehung der Spule die Polarität. Er wird als Wechselstrom bezeichnet und die Frequenz der Polaritätsverschiebung, gemessen in Hz, hängt von der Drehzahl der Turbine ab.
Der nordamerikanische Standard von 60 Hz geht auf Nikola Tesla zurück, der das erste elektrische Kraftwerk an den Niagarafällen konstruierte. Tesla entdeckte, dass 60 Hz die effizienteste Frequenz für die Energieverteilung entlang von Stromleitungen ist. In Europa und Teilen Asiens, wo die Standardfrequenz des Wechselstroms 50 Hz beträgt, ist die Stromübertragung 15 bis 20 Prozent weniger effizient.
Die Hertz-Einheit in elektromagnetischer Strahlung
Bei jeder Art von Wellenphänomen sind Frequenz und Wellenlänge reziproke Größen. Da sich alle elektromagnetische Strahlung mit derselben Geschwindigkeit – der Lichtgeschwindigkeit – ausbreitet, nimmt die Frequenz der Strahlung mit zunehmender Wellenlänge ab. Bei der Entwicklung der Konzepte der Quantenphysik entdeckte Max Planck, dass die Energie (E) eines Lichtwellenpakets – ein Quant – ist proportional zu seiner Frequenz (f). Die Gleichung istE = hf, wohaist die Plancksche Konstante.
Die Strahlung mit der höchsten Energie ist die mit der höchsten Frequenz und wird oft in Megahertz (10 .) gemessen6 Hz), Gigahertz (109 Hz) bis hin zu Peta Hertz (1015 Hz). Strahlung mit Frequenzen im Petahertz-Bereich mag in den Kernen von Schwarzen Löchern und Quasaren existieren, nicht aber in der alltäglichen Erdwelt des Menschen.