Ακούτε τον όρο hertz στην ηλεκτρική ενέργεια καθώς και όταν συζητάτε για τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - από τα οποία είναι παραδείγματα φωτός και ραδιοκυμάτων - και η ταχύτητα των επεξεργαστών υπολογιστών. Ο κοινός παράγοντας σε όλα αυτά τα φαινόμενα είναι ότι περιλαμβάνουν κάποια ταλάντωση τύπου, και η μονάδα hertz χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συχνότητας αυτών των ταλαντώσεων. Έχει μια απλή έννοια. Ένα hertz είναι απλά ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο. Συνήθως γράφεται με τη συντομευμένη μορφή του, που είναι Hz. Έτσι, αντί να γράφουν 100 κύκλους ανά δευτερόλεπτο, οι επιστήμονες γράφουν 100 Hz.
Η ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτεί τα σπίτια παγκοσμίως είναι γνωστή ως εναλλασσόμενο ρεύμα - ηλεκτρικό ρεύμα. Αντί να ρέει απευθείας μεταξύ ενός ζεύγους ακροδεκτών, το ρεύμα AC ταλαντεύεται και ο αριθμός κύκλων ανά δευτερόλεπτο εκφράζεται ως hertz. Η συχνότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι η ίδια σε κάθε χώρα, αλλά είναι μια ομοιόμορφη 60 Hz σε όλη τη Βόρεια Αμερική. Γενικά, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια αποτελείται από κυματομορφές που ταλαντεύονται και η συχνότητα των ταλαντώσεων, εκφραζόμενη ως Hz, καθορίζει τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας.
Η προέλευση της μονάδας Hertz
Το hertz πήρε το όνομά του από τον Heinrich Hertz (1857–1894), έναν Γερμανό φυσικό με την αναγνώριση της ύπαρξης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι ανακαλύψεις του επιβεβαίωσαν τις θεωρίες που καθιέρωσε ο James Clerk Maxwell και διατυπώθηκαν στις τέσσερις διάσημες εξισώσεις που έδειξαν ότι το φως και η θερμότητα είναι ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα.
Στην πορεία, ο Hertz ήταν επίσης ο πρώτος ερευνητής που επιβεβαίωσε την ύπαρξη του φωτοηλεκτρικού εφέ και ο πρώτος που ανίχνευσε ραδιοκύματα. Όχι πρακτικός άνθρωπος, ο Hertz δεν πίστευε ότι αυτά τα επιτεύγματα θα είχαν καμία χρήση στον κόσμο, αλλά στην πραγματικότητα, έθεσαν τα θεμέλια για τη σύγχρονη ασύρματη εποχή. Για όλα τα επιτεύγματά του, ο επιστημονικός κόσμος τίμησε τον Hertz το 1930 ονομάζοντας τη μονάδα συχνότητας μετά από αυτόν.
Γιατί είναι η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια κυκλική;
Οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας σε όλο τον κόσμο παράγουν ηλεκτρισμό μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε από τον φυσικό Michael Faraday και μελετήθηκε από φυσικούς κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα. Η βάση αυτού του φαινομένου είναι ότι μια μεταβαλλόμενη μαγνητική αρχειοθέτηση προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό. Οι σταθμοί παραγωγής κάνουν χρήση αυτής της αρχής χρησιμοποιώντας ατμό για να περιστρέψουν ένα μεγάλο αγώγιμο πηνίο σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Λόγω της περιστροφής του πηνίου, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια αλλάζει την πολικότητα με κάθε περιστροφή του πηνίου. Είναι γνωστό ως εναλλασσόμενο ρεύμα και η συχνότητα της μετατόπισης πολικότητας, μετρούμενη σε Hz, εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής του στροβίλου.
Το πρότυπο της Βόρειας Αμερικής των 60 Hz πηγαίνει πίσω στον Nikola Tesla, ο οποίος σχεδίασε τον πρώτο σταθμό ηλεκτροπαραγωγής στους καταρράκτες του Νιαγάρα. Ο Tesla ανακάλυψε ότι τα 60 Hz ήταν η πιο αποτελεσματική συχνότητα για την διανομή ενέργειας κατά μήκος των ηλεκτροφόρων καλωδίων. Στην Ευρώπη και σε τμήματα της Ασίας, όπου η τυπική συχνότητα ρεύματος AC είναι 50 Hz, η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας είναι 15 έως 20% λιγότερο αποτελεσματική.
Η μονάδα Hertz στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Σε κάθε τύπο φαινομένου κύματος, η συχνότητα και το μήκος κύματος είναι αμοιβαίες ποσότητες. Επειδή όλη η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ταξιδεύει με την ίδια ταχύτητα - την ταχύτητα του φωτός - η συχνότητα της ακτινοβολίας μειώνεται καθώς ανεβαίνει το μήκος κύματος. Κατά την ανάπτυξη των εννοιών πίσω από την κβαντική φυσική, ο Max Planck ανακάλυψε ότι η ενέργεια (μι) ενός πακέτου κύματος φωτός - ένα κβαντικό - είναι ανάλογο με τη συχνότητά του (φά). Η εξίσωση είναιμι = hf, όπουηείναι η σταθερά του Planck.
Η ακτινοβολία με την υψηλότερη ενέργεια είναι αυτή με την υψηλότερη συχνότητα και συχνά μετριέται σε megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) μέχρι το χάρτη hertz (1015 Hz). Ακτινοβολία με συχνότητες στην περιοχή petahertz μπορεί να υπάρχει στους πυρήνες των μαύρων οπών και των κβάζαρ, αλλά όχι στον καθημερινό επίγειο κόσμο των ανθρώπων.