Si sente il termine hertz nell'elettricità così come quando si parla della trasmissione di onde elettromagnetiche – di cui sono esempi la luce e le onde radio – e la velocità dei processori dei computer. Il fattore comune a tutti questi fenomeni è che coinvolgono qualche tipo di oscillazione e l'unità hertz viene utilizzata per misurare la frequenza di queste oscillazioni. Ha un significato semplice. Un hertz è semplicemente un ciclo al secondo. Di solito è scritto nella sua forma abbreviata, che è Hz. Quindi, invece di scrivere 100 cicli al secondo, gli scienziati scrivono 100 Hz.
L'elettricità che alimenta le case di tutto il mondo è conosciuta come AC – corrente alternata – elettricità. Invece di fluire direttamente tra una coppia di terminali, la corrente alternata oscilla e il numero di cicli al secondo è espresso in hertz. La frequenza dell'elettricità generata non è la stessa in tutti i paesi, ma è un 60 Hz uniforme in tutto il Nord America. In generale, l'energia elettromagnetica è costituita da forme d'onda oscillanti e la frequenza delle oscillazioni, espressa in Hz, determina le caratteristiche della radiazione.
L'origine dell'unità Hertz
L'hertz prende il nome da Heinrich Hertz (1857-1894), un fisico tedesco a cui è stato attribuito il merito di aver dimostrato l'esistenza della radiazione elettromagnetica. Le sue scoperte confermarono le teorie stabilite da James Clerk Maxwell e esposte nelle quattro famose equazioni che stabilirono che luce e calore sono fenomeni elettromagnetici.
Lungo la strada, Hertz è stato anche il primo ricercatore a confermare l'esistenza dell'effetto fotoelettrico e il primo a rilevare le onde radio. Non essendo un uomo pratico, Hertz non credeva che questi risultati avrebbero avuto alcuna utilità nel mondo, ma in realtà hanno gettato le basi per la moderna era wireless. Per tutti i suoi successi, il mondo scientifico ha onorato Hertz nel 1930 nominando l'unità di frequenza dopo di lui.
Perché l'elettricità generata è ciclica?
Le centrali elettriche di tutto il mondo generano elettricità per induzione elettromagnetica, un fenomeno scoperto dal fisico Michael Faraday e studiato dai fisici nel corso del XIX secolo. La base di questo fenomeno è che un campo magnetico variabile induce una corrente elettrica in un conduttore. Le stazioni di generazione sfruttano questo principio utilizzando il vapore per ruotare una grande bobina conduttrice in un forte campo magnetico. A causa della rotazione della bobina, l'elettricità generata cambia polarità ad ogni rotazione della bobina. È nota come corrente alternata e la frequenza dello spostamento di polarità, misurata in Hz, dipende dalla velocità di rotazione della turbina.
Lo standard nordamericano di 60 Hz risale a Nikola Tesla, che progettò la prima centrale elettrica alle cascate del Niagara. Tesla scoprì che 60 Hz era la frequenza più efficiente per la distribuzione dell'energia lungo le linee elettriche. In Europa e in alcune parti dell'Asia, dove la frequenza standard della corrente alternata è di 50 Hz, la trasmissione dell'elettricità è dal 15 al 20 percento meno efficiente.
L'unità Hertz nelle radiazioni elettromagnetiche
In qualsiasi tipo di fenomeno ondulatorio, frequenza e lunghezza d'onda sono grandezze reciproche. Poiché tutte le radiazioni elettromagnetiche viaggiano alla stessa velocità, la velocità della luce, la frequenza della radiazione diminuisce all'aumentare della lunghezza d'onda. Durante lo sviluppo dei concetti alla base della fisica quantistica, Max Planck ha scoperto che l'energia (E) di un pacchetto d'onde di luce – un quanto – è proporzionale alla sua frequenza (f). L'equazione èE = HF, dovehè la costante di Planck.
La radiazione con l'energia più alta è quella con la frequenza più alta, ed è spesso misurata in megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) fino a peta hertz (1015 Hz). Radiazioni con frequenze nella gamma dei petahertz possono esistere nei nuclei dei buchi neri e dei quasar, ma non nel mondo terrestre quotidiano degli esseri umani.