Počujete výraz hertz v elektrine, ako aj pri diskusii o prenose elektromagnetických vĺn - napríklad svetelných a rádiových vĺn - a rýchlosti počítačových procesorov. Spoločným faktorom všetkých týchto javov je, že zahŕňajú kmitanie určitého typu, a na meranie frekvencie týchto kmitov sa používa hertzová jednotka. Má to jednoduchý význam. Jeden hertz je jednoducho jeden cyklus za sekundu. Zvyčajne sa píše v skrátenej podobe, ktorou je Hz. Vedci teda namiesto zápisu 100 cyklov za sekundu napíšu 100 Hz.
Elektrina, ktorá napája domácnosti na celom svete, sa nazýva elektrina na striedavý prúd. Namiesto priameho prúdenia medzi dvojicou svoriek striedavý prúd kmitá a počet cyklov za sekundu sa vyjadruje ako hertz. Frekvencia vyrobenej elektriny nie je rovnaká v každej krajine, ale v Severnej Amerike je to jednotných 60 Hz. Všeobecne platí, že elektromagnetická energia pozostáva z kmitavých priebehov a frekvencia kmitov vyjadrená v Hz určuje charakteristiky žiarenia.
Pôvod jednotky Hertz
Hertz je pomenovaný po Heinrichovi Hertzovi (1857–1894), nemeckom fyzikovi, ktorý sa zaslúžil o preukázanie existencie elektromagnetického žiarenia. Jeho objavy potvrdili teórie založené Jamesom Clerkom Maxwellom a vyložili ich v štyroch slávnych rovniciach, ktoré stanovili, že svetlo a teplo sú elektromagnetické javy.
Po ceste bol Hertz tiež prvým výskumníkom, ktorý potvrdil existenciu fotoelektrického javu, a prvým, ktorý detekoval rádiové vlny. Nie je to praktický človek, Hertz neveril, že tieto úspechy budú mať vo svete nejaké využitie, ale v skutočnosti položili základy modernej bezdrôtovej doby. Vedecký svet poctil Hertza v roku 1930 všetkým úspechom, keď po ňom pomenoval jednotku frekvencie.
Prečo je vyrobená elektrina cyklická?
Elektrárne na celom svete vyrábajú elektrinu elektromagnetickou indukciou, čo je jav, ktorý objavil fyzik Michael Faraday a ktorý študovali fyzici v priebehu 19. storočia. Základom tohto javu je, že meniace sa magnetické pole indukuje elektrický prúd vo vodiči. Elektrárne využívajú tento princíp využívaním pary na otáčanie veľkej vodivej cievky v silnom magnetickom poli. Kvôli rotácii cievky mení generovaná elektrina polaritu s každou rotáciou cievky. Je známy ako striedavý prúd a frekvencia posunu polarity meraná v Hz závisí od rýchlosti otáčania turbíny.
Severoamerický štandard 60 Hz siaha až k Nikolovi Teslovi, ktorý skonštruoval prvú elektrickú elektráreň pri Niagarských vodopádoch. Tesla zistila, že 60 Hz je najefektívnejšia frekvencia na distribúciu energie pozdĺž elektrického vedenia. V Európe a častiach Ázie, kde je štandardná frekvencia striedavého prúdu 50 Hz, je prenos elektrickej energie o 15 až 20 percent menej efektívny.
Hertzova jednotka v elektromagnetickom žiarení
Pri akomkoľvek type vlnového javu sú frekvencia a vlnová dĺžka vzájomné veličiny. Pretože všetko elektromagnetické žiarenie postupuje rovnakou rýchlosťou - rýchlosťou svetla - frekvencia žiarenia klesá so zvyšovaním vlnovej dĺžky. Pri vývoji koncepcií kvantovej fyziky Max Planck zistil, že energia (E) vlnového balíka svetla - kvantového - je úmerný jeho frekvencii (f). Rovnica jeE = hf, kdehje Planckova konštanta.
Žiarenie s najvyššou energiou predstavuje žiarenie s najvyššou frekvenciou a často sa meria v megahertzoch (106 Hz), gigahertz (109 Hz) až po peta hertz (1015 Hz). Žiarenie s frekvenciami v rozsahu petahertzov môže existovať v jadrách čiernych dier a kvazarov, ale nie v každodennom pozemskom svete ľudí.