Вы слышите термин герц в электричестве, а также при обсуждении передачи электромагнитных волн, примерами которых являются свет и радиоволны, и скорости компьютерных процессоров. Общим фактором всех этих явлений является то, что они связаны с колебаниями определенного типа, и для измерения частоты этих колебаний используется единица герц. Это имеет простой смысл. Один герц - это просто один цикл в секунду. Обычно его пишут в сокращенной форме - Гц. Таким образом, вместо записи 100 циклов в секунду ученые записывают 100 Гц.
Электричество, которое питает дома во всем мире, известно как переменный ток - электричество. Переменный ток не протекает напрямую между парой клемм, а колеблется, а количество циклов в секунду выражается в герцах. Частота вырабатываемой электроэнергии не одинакова в каждой стране, но она составляет 60 Гц во всей Северной Америке. В общем, электромагнитная энергия состоит из колебательных сигналов, и частота колебаний, выраженная в Гц, определяет характеристики излучения.
Происхождение единицы Герца
Герц назван в честь Генриха Герца (1857–1894), немецкого физика, которому приписывают доказательство существования электромагнитного излучения. Его открытия подтвердили теории, установленные Джеймсом Клерком Максвеллом и изложенные в четырех известных уравнениях, которые установили, что свет и тепло являются электромагнитными явлениями.
Попутно Герц был также первым исследователем, подтвердившим существование фотоэлектрического эффекта, и первым, кто обнаружил радиоволны. Не будучи практичным человеком, Герц не верил, что эти достижения найдут применение в мире, но на самом деле они заложили основу для современной эпохи беспроводной связи. Несмотря на все его достижения, в 1930 году научный мир почтил Герца, назвав в его честь единицу измерения частоты.
Почему вырабатываемая электроэнергия циклична?
Электростанции по всему миру вырабатывают электричество за счет электромагнитной индукции - явления, открытого физиком Майклом Фарадеем и изучаемого физиками на протяжении 19 века. В основе этого явления лежит то, что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток в проводнике. Электростанции используют этот принцип, используя пар для вращения большой проводящей катушки в сильном магнитном поле. Из-за вращения катушки генерируемое электричество меняет полярность с каждым оборотом катушки. Он известен как переменный ток, и частота изменения полярности, измеряемая в Гц, зависит от скорости вращения турбины.
Североамериканский стандарт 60 Гц восходит к Николе Тесла, который спроектировал первую электростанцию на Ниагарском водопаде. Тесла обнаружил, что частота 60 Гц была наиболее эффективной для распределения энергии по линиям электропередач. В Европе и некоторых частях Азии, где стандартная частота переменного тока составляет 50 Гц, передача электроэнергии на 15-20 процентов менее эффективна.
Единица Герца в электромагнитном излучении
В любом волновом явлении частота и длина волны являются взаимными величинами. Поскольку все электромагнитное излучение распространяется с одной и той же скоростью - скоростью света - частота излучения уменьшается с увеличением длины волны. Разрабатывая концепции квантовой физики, Макс Планк обнаружил, что энергия (E) волнового пакета света - кванта - пропорциональна его частоте (ж). УравнениеE = hf, гдечас- постоянная Планка.
Излучение с самой высокой энергией - это излучение с самой высокой частотой, и оно часто измеряется в мегагерцах (106 Гц), гигагерцы (109 Гц) вплоть до пета герц (1015 Гц). Излучение с частотами в петагерцовом диапазоне может существовать в ядрах черных дыр и квазаров, но не в повседневном земном мире людей.