Vous entendez le terme hertz en électricité ainsi que lorsque l'on parle de la transmission des ondes électromagnétiques – dont la lumière et les ondes radio sont des exemples – et la vitesse des processeurs informatiques. Le facteur commun à tous ces phénomènes est qu'ils impliquent un certain type d'oscillation, et l'unité hertz est utilisée pour mesurer la fréquence de ces oscillations. Il a un sens simple. Un hertz correspond simplement à un cycle par seconde. Il est généralement écrit sous sa forme abrégée, qui est Hz. Ainsi, au lieu d'écrire 100 cycles par seconde, les scientifiques écrivent 100 Hz.
L'électricité qui alimente les foyers dans le monde entier est connue sous le nom de courant alternatif - courant alternatif - électricité. Plutôt que de circuler directement entre une paire de bornes, le courant alternatif oscille et le nombre de cycles par seconde est exprimé en hertz. La fréquence de l'électricité produite n'est pas la même dans tous les pays, mais c'est une fréquence uniforme de 60 Hz dans toute l'Amérique du Nord. En général, l'énergie électromagnétique est constituée de formes d'onde oscillantes, et la fréquence des oscillations, exprimée en Hz, détermine les caractéristiques du rayonnement.
L'origine de l'unité Hertz
Le hertz est nommé d'après Heinrich Hertz (1857-1894), un physicien allemand qui a démontré l'existence du rayonnement électromagnétique. Ses découvertes ont confirmé les théories établies par James Clerk Maxwell et énoncées dans les quatre équations célèbres qui établissent que la lumière et la chaleur sont des phénomènes électromagnétiques.
En cours de route, Hertz a également été le premier chercheur à confirmer l'existence de l'effet photoélectrique et le premier à détecter les ondes radio. Pas un homme pratique, Hertz ne croyait pas que ces réalisations auraient une quelconque utilité dans le monde, mais en fait, elles ont jeté les bases de l'ère moderne du sans fil. Pour toutes ses réalisations, le monde scientifique a honoré Hertz en 1930 en donnant son nom à l'unité de fréquence.
Pourquoi la production d'électricité est-elle cyclique ?
Les centrales électriques du monde entier produisent de l'électricité par induction électromagnétique, un phénomène découvert par le physicien Michael Faraday et étudié par des physiciens tout au long du XIXe siècle. La base de ce phénomène est qu'un champ magnétique changeant induit un courant électrique dans un conducteur. Les centrales électriques utilisent ce principe en utilisant de la vapeur pour faire tourner une grande bobine conductrice dans un champ magnétique puissant. En raison de la rotation de la bobine, l'électricité générée change de polarité à chaque rotation de la bobine. Il est appelé courant alternatif, et la fréquence du changement de polarité, mesurée en Hz, dépend de la vitesse de rotation de la turbine.
La norme nord-américaine de 60 Hz remonte à Nikola Tesla, qui a conçu la première centrale électrique à Niagara Falls. Tesla a découvert que 60 Hz était la fréquence la plus efficace pour la distribution d'énergie le long des lignes électriques. En Europe et dans certaines régions d'Asie, où la fréquence standard du courant alternatif est de 50 Hz, la transmission de l'électricité est de 15 à 20 % moins efficace.
L'unité Hertz dans le rayonnement électromagnétique
Dans tout type de phénomène ondulatoire, la fréquence et la longueur d'onde sont des quantités réciproques. Parce que tous les rayonnements électromagnétiques se déplacent à la même vitesse - la vitesse de la lumière - la fréquence du rayonnement diminue à mesure que la longueur d'onde augmente. En développant les concepts de la physique quantique, Max Planck a découvert que l'énergie (E) d'un paquet d'ondes lumineuses – un quantum – est proportionnelle à sa fréquence (F). L'équation estE = hf, oùhest la constante de Planck.
Le rayonnement avec l'énergie la plus élevée est celui avec la fréquence la plus élevée, et il est souvent mesuré en mégahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) jusqu'au péta hertz (1015 Hz). Un rayonnement avec des fréquences de l'ordre du pétahertz peut exister dans les noyaux des trous noirs et des quasars, mais pas dans le monde terrestre quotidien des êtres humains.