Hva er Hertz i elektrisitet?

Du hører begrepet hertz i elektrisitet så vel som når du diskuterer overføring av elektromagnetiske bølger - som lys og radiobølger er eksempler på - og hastigheten til dataprosessorer. Den vanlige faktoren i alle disse fenomenene er at de involverer en eller annen type svingning, og hertz-enheten brukes til å måle frekvensen til disse svingningene. Det har en enkel betydning. Ett hertz er rett og slett en syklus per sekund. Det er vanligvis skrevet i sin forkortede form, som er Hz. I stedet for å skrive 100 sykluser per sekund skriver forskere altså 100 Hz.

Elektrisiteten som driver hjem over hele verden er kjent som vekselstrøm - vekselstrøm. I stedet for å flyte direkte mellom et par terminaler, svinger vekselstrømmen, og antall sykluser per sekund uttrykkes som hertz. Frekvensen av generert elektrisitet er ikke den samme i alle land, men det er jevn 60 Hz i hele Nord-Amerika. Generelt består elektromagnetisk energi av oscillerende bølgeformer, og frekvensen til svingningene, uttrykt som Hz, bestemmer strålingens egenskaper.

Hertz er oppkalt etter Heinrich Hertz (1857–1894), en tysk fysiker som er kreditert for å demonstrere eksistensen av elektromagnetisk stråling. Hans oppdagelser bekreftet teoriene som ble etablert av James Clerk Maxwell og ble lagt ut i de fire berømte ligningene som slo fast at lys og varme er elektromagnetiske fenomener.

Underveis var Hertz også den første forskeren som bekreftet eksistensen av den fotoelektriske effekten og den første som oppdaget radiobølger. Ikke en praktisk mann, Hertz trodde ikke at disse prestasjonene ville ha noen nytte i verden, men faktisk la de grunnlaget for den moderne trådløse tidsalderen. For alle sine prestasjoner hedret den vitenskapelige verden Hertz i 1930 ved å kalle frekvensenheten etter ham.

Kraftstasjoner over hele verden genererer elektrisitet ved elektromagnetisk induksjon, et fenomen oppdaget av fysiker Michael Faraday og studert av fysikere gjennom hele 1800-tallet. Grunnlaget for dette fenomenet er at en magnetisk arkiv i endring induserer en elektrisk strøm i en leder. Generasjonsstasjoner bruker dette prinsippet ved å bruke damp til å rotere en stor ledende spole i et sterkt magnetfelt. På grunn av rotasjonen av spolen, endrer den genererte elektrisiteten polaritet med hver rotasjon av spolen. Det er kjent som vekselstrøm, og frekvensen til polaritetsskiftet, målt i Hz, avhenger av turbinens rotasjonshastighet.

Den nordamerikanske standarden på 60 Hz går tilbake til Nikola Tesla, som konstruerte den første elektriske kraftstasjonen ved Niagara Falls. Tesla oppdaget at 60 Hz var den mest effektive frekvensen for energifordeling langs kraftledninger. I Europa og deler av Asia, der standardfrekvensen for vekselstrøm er 50 Hz, er strømoverføring 15 til 20 prosent mindre effektiv.

I alle typer bølgefenomener er frekvens og bølgelengde gjensidige størrelser. Fordi all elektromagnetisk stråling beveger seg med samme hastighet - lysets hastighet - strålingens frekvens går ned når bølgelengden går opp. Da Max Planck utviklet konseptene bak kvantefysikk, oppdaget at energien (E) av en bølgepakke med lys - et kvante - er proporsjonal med frekvensen (f). Ligningen erE​ = ​hf, hvorher Plancks konstant.

Strålingen med høyest energi er den med høyest frekvens, og den måles ofte i megahertz (10⁶ Hz), gigahertz (10⁹ Hz) helt opp til peta hertz (10¹⁵ Hz). Stråling med frekvenser i petahertz-området kan eksistere i kjernene til sorte hull og kvasarer, men ikke i hverdagens jordiske verden av mennesker.