Innehåll
- Ursprunget till Hertz-enheten
- Varför är genererad elektricitet cyklisk?
- Hertz-enheten för elektromagnetisk strålning
Du hör termen hertz i elektricitet såväl som när man diskuterar överföring av elektromagnetiska vågor - av vilka ljus- och radiovågor är exempel - och datorns processors hastighet. Den vanliga faktorn för 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, som är Hz. I stället för att skriva 100 cykler per sekund skriver forskare 100 Hz.
El som driver hus över hela världen kallas växelström - växelström. I stället för att flyta direkt mellan ett par terminaler, växlar växelströmmen och antalet cykler per sekund uttrycks som hertz. Frekvensen för genererad elektricitet är inte densamma i alla länder, men det är en enhetlig 60 Hz i hela Nordamerika. I allmänhet består elektromagnetisk energi av svängande vågformer, och frekvensen för svängningarna, uttryckt som Hz, bestämmer strålningens egenskaper.
Ursprunget till Hertz-enheten
Hertz är uppkallad efter Heinrich Hertz (1857–1894), en tysk fysiker med krediter för att visa att det finns elektromagnetisk strålning. Hans upptäckter bekräftade de teorier som James Clerk Maxwell har upprättat och lagt ut i de fyra berömda ekvationer som konstaterade att ljus och värme är elektromagnetiska fenomen.
Längs vägen var Hertz också den första forskaren som bekräftade existensen av den fotoelektriska effekten och den första som upptäckte radiovågor. Inte en praktisk man, Hertz trodde inte att dessa prestationer skulle ha någon användning i världen, men faktiskt lagt de grunden för den moderna trådlösa tidsåldern. För alla hans prestationer hedrade den vetenskapliga världen Hertz 1930 genom att namnge frekvensenheten efter honom.
Varför är genererad elektricitet cyklisk?
Kraftverk runt om i världen genererar elektricitet genom elektromagnetisk induktion, ett fenomen upptäckt av fysiker Michael Faraday och studerat av fysiker under hela 1800-talet. Grunden för detta fenomen är att en växlande magnetisk matning inducerar en elektrisk ström i en ledare. Generationsstationer använder sig av denna princip genom att använda ånga för att rotera en stor ledningsspole i ett starkt magnetfält. På grund av spolens rotation ändrar den genererade elektriciteten polaritet med varje rotation av spolen. Det är känt som växelström, och frekvensen för polaritetsskiftet, mätt i Hz, beror på turbinens rotationshastighet.
Den nordamerikanska standarden på 60 Hz går tillbaka till Nikola Tesla, som konstruerade den första elkraftstationen vid Niagara Falls. Tesla upptäckte att 60 Hz var den mest effektiva frekvensen för energidistribution längs kraftledningarna. I Europa och delar av Asien, där standardfrekvensen för växelström är 50 Hz, är kraftöverföringen 15 till 20 procent mindre effektiv.
Hertz-enheten för elektromagnetisk strålning
I alla typer av vågfenomen är frekvens och våglängd ömsesidiga kvantiteter. Eftersom all elektromagnetisk strålning rör sig med samma hastighet - ljusets hastighet - sjunker strålningsfrekvensen när våglängden ökar. När han utvecklade begreppen bakom kvantefysik upptäckte Max Planck att energin (E) för ett vågpaket med ljus - ett kvantum - är proportionellt mot dess frekvens (f). Ekvationen är E = hf, var h är 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-intervallet kan förekomma i kärnorna i svarta hål och kvasarer, men inte i människans vardagliga jordvärld.