เฮิรตซ์ในไฟฟ้าคืออะไร?

คุณได้ยินคำว่าเฮิรตซ์ในกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับเมื่อพูดถึงการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งคลื่นแสงและวิทยุเป็นตัวอย่าง และความเร็วของโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ ปัจจัยร่วมในปรากฏการณ์ทั้งหมดเหล่านี้คือเกี่ยวข้องกับการสั่นบางประเภท และหน่วยเฮิรตซ์ใช้สำหรับวัดความถี่ของการแกว่งเหล่านี้ มันมีความหมายง่ายๆ หนึ่งเฮิรตซ์เป็นเพียงหนึ่งรอบต่อวินาที โดยปกติแล้วจะเขียนในรูปแบบย่อ ซึ่งก็คือ Hz ดังนั้น แทนที่จะเขียน 100 รอบต่อวินาที นักวิทยาศาสตร์เขียน 100 Hz

ไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านทั่วโลกเรียกว่าไฟฟ้ากระแสสลับหรือไฟฟ้ากระแสสลับ แทนที่จะไหลโดยตรงระหว่างขั้วคู่ กระแสไฟ AC จะแกว่ง และจำนวนรอบต่อวินาทีจะแสดงเป็นเฮิรตซ์ ความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ไม่เหมือนกันในทุกประเทศ แต่เป็นความถี่ 60 Hz ที่สม่ำเสมอทั่วทั้งอเมริกาเหนือ โดยทั่วไป พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยรูปคลื่นสั่น และความถี่ของการสั่นที่แสดงเป็น Hz จะกำหนดลักษณะของรังสี

เฮิรตซ์ได้รับการตั้งชื่อตามไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ (1857–1894) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันที่ให้เครดิตกับการแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การค้นพบของเขายืนยันทฤษฎีที่ตั้งขึ้นโดยเจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ และได้อธิบายไว้ในสมการที่มีชื่อเสียงสี่ประการซึ่งกำหนดว่าแสงและความร้อนเป็นปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

ระหว่างทาง Hertz ยังเป็นนักวิจัยคนแรกที่ยืนยันการมีอยู่ของโฟโตอิเล็กทริกและเป็นคนแรกที่ตรวจจับคลื่นวิทยุ เฮิรตซ์ไม่เชื่อว่าความสำเร็จเหล่านี้จะมีประโยชน์อะไรในโลก แต่ในความเป็นจริง พวกเขาวางรากฐานสำหรับยุคไร้สายสมัยใหม่ สำหรับความสำเร็จทั้งหมดของเขา โลกวิทยาศาสตร์ยกย่องเฮิรตซ์ในปี 2473 โดยตั้งชื่อหน่วยความถี่ตามเขา

สถานีไฟฟ้าทั่วโลกผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่นักฟิสิกส์ค้นพบโดย Michael Faraday และศึกษาโดยนักฟิสิกส์ตลอดศตวรรษที่ 19 พื้นฐานของปรากฏการณ์นี้คือการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำ สถานีผลิตไฟฟ้าใช้หลักการนี้โดยใช้ไอน้ำเพื่อหมุนขดลวดนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ในสนามแม่เหล็กแรงสูง เนื่องจากการหมุนของขดลวด กระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะเปลี่ยนขั้วตามการหมุนของขดลวดแต่ละครั้ง เรียกว่ากระแสสลับและความถี่ของการเปลี่ยนขั้วซึ่งวัดเป็น Hz ขึ้นอยู่กับความเร็วของการหมุนของกังหัน

มาตรฐานอเมริกาเหนือที่ 60 Hz ย้อนกลับไปที่ Nikola Tesla ผู้ออกแบบสถานีไฟฟ้าแห่งแรกที่น้ำตกไนแองการ่า เทสลาค้นพบว่า 60 Hz เป็นความถี่ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการจ่ายพลังงานไปตามสายไฟ ในยุโรปและบางส่วนของเอเชียที่ความถี่มาตรฐานของกระแสไฟสลับคือ 50 เฮิรตซ์ การส่งไฟฟ้ามีประสิทธิภาพน้อยกว่า 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์

ในปรากฏการณ์คลื่นชนิดใด ๆ ความถี่และความยาวคลื่นจะเป็นปริมาณซึ่งกันและกัน เนื่องจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดเดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน - ความเร็วของแสง - ความถี่ของการแผ่รังสีจะลดลงเมื่อความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น เมื่อพัฒนาแนวคิดเบื้องหลังฟิสิกส์ควอนตัม Max Planck ค้นพบว่าพลังงาน (อี) ของแพ็กเก็ตคลื่นของแสง – ควอนตัม – เป็นสัดส่วนกับความถี่ของมัน (ฉ). สมการคืออี​ = ​hfที่ไหนห่าคือค่าคงที่ของพลังค์

การแผ่รังสีที่มีพลังงานสูงสุดคือความถี่สูงสุด และมักวัดเป็นเมกะเฮิรตซ์ (10⁶ Hz), กิกะเฮิรตซ์ (10⁹ Hz) ไปจนถึงพีตาเฮิรตซ์ (10¹⁵ เฮิร์ตซ์). การแผ่รังสีที่มีความถี่ในช่วงเพทาเฮิร์ตซ์อาจมีอยู่ในแกนของหลุมดำและควาซาร์ แต่ไม่ใช่ในโลกภาคพื้นดินในชีวิตประจำวันของมนุษย์