Du hör termen hertz i elektricitet såväl som när man diskuterar överföringen av elektromagnetiska vågor - av vilka ljus och radiovågor är exempel - och datorprocessorernas hastighet. Den gemensamma faktorn i alla dessa fenomen är att de involverar någon typ av svängning, och hertz-enheten används för att mäta frekvensen för dessa svängningar. Det har en enkel mening. En hertz är helt enkelt en cykel per sekund. Det är vanligtvis skrivet i sin förkortade form, vilket är Hz. Således, istället för att skriva 100 cykler per sekund, skriver forskare 100 Hz.
Den el som driver bostäder över hela världen kallas AC - växelström - el. I stället för att flyta direkt mellan ett par terminaler, växlar växelströmmen och antalet cykler per sekund uttrycks som hertz. Frekvensen av genererad el är inte densamma i alla länder, men det är en enhetlig 60 Hz i hela Nordamerika. Generellt består elektromagnetisk energi av oscillerande vågformer, och frekvensen för svängningarna, uttryckt som Hz, bestämmer strålningens egenskaper.
Hertz-enhetens ursprung
Hertz är uppkallad efter Heinrich Hertz (1857–1894), en tysk fysiker som krediterats för att demonstrera förekomsten av elektromagnetisk strålning. Hans upptäckter bekräftade de teorier som fastställdes av James Clerk Maxwell och presenterades i de fyra berömda ekvationerna som visade att ljus och värme är elektromagnetiska fenomen.
På vägen var Hertz också den första forskaren som bekräftade förekomsten av den fotoelektriska effekten och den första som upptäckte radiovågor. Inte en praktisk man, Hertz trodde inte att dessa prestationer skulle ha någon nytta i världen, men i själva verket lade de grunden för den moderna trådlösa tidsåldern. För alla sina prestationer hedrade den vetenskapliga världen Hertz 1930 genom att utse frekvensenheten efter honom.
Varför är genererad elektricitet cyklisk?
Kraftverk runt om i världen genererar elektricitet genom elektromagnetisk induktion, ett fenomen som upptäcktes av fysiker Michael Faraday och studerades av fysiker under hela 1800-talet. Grunden för detta fenomen är att en föränderlig magnetfiler inducerar en elektrisk ström i en ledare. Generationsstationer använder sig av denna princip genom att använda ånga för att rotera en stor ledande spole i ett starkt magnetfält. På grund av spolens rotation ändrar den genererade elen polariteten med varje rotation av spolen. Det är känt som växelström och frekvensen för polaritetsförskjutningen, mätt i Hz, beror på turbinens rotationshastighet.
Den nordamerikanska standarden på 60 Hz går tillbaka till Nikola Tesla, som konstruerade det första elektriska kraftverket vid Niagara Falls. Tesla upptäckte att 60 Hz var den mest effektiva frekvensen för energifördelning längs kraftledningar. I Europa och delar av Asien, där standardfrekvensen för växelström är 50 Hz, är elöverföringen 15 till 20 procent mindre effektiv.
Hertz-enheten i elektromagnetisk strålning
I alla typer av vågfenomen är frekvens och våglängd ömsesidiga storheter. Eftersom all elektromagnetisk strålning rör sig med samma hastighet - ljusets hastighet - minskar strålningsfrekvensen när våglängden går upp. När Max Planck utvecklade begreppen bakom kvantfysik upptäckte han att energin (E) av ett vågpaket med ljus - ett kvant - är proportionellt mot dess frekvens (f). Ekvationen ärE = hf, varhär Plancks konstant.
Strålningen med den högsta energin är den med den högsta frekvensen, och den mäts ofta i megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) hela vägen upp till peta hertz (1015 Hz). Strålning med frekvenser i petahertz-området kan finnas i kärnorna i svarta hål och kvasarer, men inte i människornas vardagliga markvärld.