Je hoort de term hertz in elektriciteit zowel als bij het bespreken van de transmissie van elektromagnetische golven – waarvan licht en radiogolven voorbeelden zijn – en de snelheid van computerprocessors. De gemeenschappelijke factor in al deze verschijnselen is dat ze een soort oscillatie met zich meebrengen, en de hertz-eenheid wordt gebruikt voor het meten van de frequentie van deze oscillaties. Het heeft een simpele betekenis. Eén hertz is gewoon één cyclus per seconde. Het wordt meestal in de afgekorte vorm geschreven, namelijk Hz. Dus in plaats van 100 cycli per seconde te schrijven, schrijven wetenschappers 100 Hz.
De elektriciteit die huizen wereldwijd van stroom voorziet, staat bekend als AC - wisselstroom - elektriciteit. In plaats van rechtstreeks tussen een paar klemmen te stromen, oscilleert wisselstroom en wordt het aantal cycli per seconde uitgedrukt als hertz. De frequentie van opgewekte elektriciteit is niet in elk land hetzelfde, maar het is een uniforme 60 Hz in heel Noord-Amerika. Over het algemeen bestaat elektromagnetische energie uit oscillerende golfvormen, en de frequentie van de oscillaties, uitgedrukt in Hz, bepaalt de karakteristieken van de straling.
De oorsprong van de Hertz-eenheid
De hertz is vernoemd naar Heinrich Hertz (1857-1894), een Duitse fysicus met de eer om het bestaan van elektromagnetische straling aan te tonen. Zijn ontdekkingen bevestigden de theorieën van James Clerk Maxwell en uiteengezet in de vier beroemde vergelijkingen die aantoonden dat licht en warmte elektromagnetische verschijnselen zijn.
Ondertussen was Hertz ook de eerste onderzoeker die het bestaan van het foto-elektrisch effect bevestigde en de eerste die radiogolven detecteerde. Hertz was geen praktische man en geloofde niet dat deze prestaties enig nut zouden hebben in de wereld, maar in feite legden ze de basis voor het moderne draadloze tijdperk. Voor al zijn prestaties eerde de wetenschappelijke wereld Hertz in 1930 door de eenheid van frequentie naar hem te noemen.
Waarom is opgewekte elektriciteit cyclisch?
Krachtcentrales over de hele wereld wekken elektriciteit op door middel van elektromagnetische inductie, een fenomeen ontdekt door natuurkundige Michael Faraday en bestudeerd door natuurkundigen in de 19e eeuw. De basis van dit fenomeen is dat een veranderend magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider induceert. Opwekkingsstations maken gebruik van dit principe door met stoom een grote geleidende spoel in een sterk magnetisch veld te laten draaien. Door de rotatie van de spoel verandert de opgewekte elektriciteit bij elke rotatie van de spoel van polariteit. Het staat bekend als wisselstroom en de frequentie van de polariteitsverschuiving, gemeten in Hz, hangt af van de rotatiesnelheid van de turbine.
De Noord-Amerikaanse standaard van 60 Hz gaat terug naar Nikola Tesla, die de eerste elektrische centrale bij Niagara Falls ontwierp. Tesla ontdekte dat 60 Hz de meest efficiënte frequentie was voor energiedistributie langs hoogspanningslijnen. In Europa en delen van Azië, waar de standaardfrequentie van wisselstroom 50 Hz is, is de elektriciteitstransmissie 15 tot 20 procent minder efficiënt.
De Hertz-eenheid in elektromagnetische straling
Bij elk type golffenomeen zijn frequentie en golflengte wederkerige grootheden. Omdat alle elektromagnetische straling met dezelfde snelheid reist - de snelheid van het licht - gaat de frequentie van de straling omlaag naarmate de golflengte omhoog gaat. Bij het ontwikkelen van de concepten achter de kwantumfysica ontdekte Max Planck dat de energie (E) van een golfpakket van licht – een kwantum – is evenredig met zijn frequentie (f). De vergelijking isE = hf, waarhis de constante van Planck.
De straling met de hoogste energie is die met de hoogste frequentie, en wordt vaak gemeten in megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) helemaal tot peta hertz (1015 Hz). Straling met frequenties in het petahertz-bereik kan voorkomen in de kernen van zwarte gaten en quasars, maar niet in de alledaagse aardse wereld van de mens.