Герц (символ: Гц ) является производная единица из частоты в Международной системе единиц (СИ) и определяется как один цикл в секунду . [1] Он назван в честь Генриха Рудольфа Герца , первого человека, предоставившего убедительное доказательство существования электромагнитных волн . Герцы обычно выражаются в единицах : килогерцы (10 3 Гц , кГц), мегагерцы (10 6 Гц , МГц), гигагерцы (10 9 Гц , ГГц), терагерц (10 12 Гц , ТГц), петагерцы (10 15 Гц , ПГц), эксагерцы (10 18 Гц , Гц ) и зеттахерц (10 21 Гц , ZHz).
Герц | |
---|---|
Система единиц | Производная единица СИ |
Единица | Частота |
Символ | Гц |
Названный в честь | Генрих Герц |
В базовых единицах СИ | с −1 |
Некоторые из наиболее распространенных применений устройства - это описание синусоидальных волн и музыкальных тонов , особенно тех, которые используются в приложениях, связанных с радио и аудио. Он также используется для описания тактовых частот, с которыми работают компьютеры и другая электроника. Единицы измерения иногда также используются как представление энергии через уравнение энергии фотона ( E = h ν), где один герц эквивалентен h джоулям.
Определение
Герц определяется как один цикл в секунду. Международный комитет мер и весов определил второй как «продолжительность9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия -133 » [2] [3], а затем добавляет:« Отсюда следует, что сверхтонкое расщепление в основном состоянии атом цезия 133 точно9 192 631 770 герц, ν (hfs Cs) =9 192 631 770 Гц . "Единица измерения герц - 1 / время (1 / T). Выраженная в базовых единицах СИ это 1 / секунда (1 / с). Проблемы могут возникнуть из-за того, что единицы измерения угла (цикл или радиан) опускаются в СИ. [4] [5] [6] [7]
В английском языке «герц» также используется во множественном числе. [8] Как единица СИ, Гц может иметь префикс ; обычно используемые кратные - кГц (килогерцы,10 3 Гц ), МГц (мегагерцы,10 6 Гц ), ГГц (гигагерцы,10 9 Гц ) и ТГц (терагерцы,10 12 Гц ). Один герц просто означает «один цикл в секунду» (обычно подсчитывается полный цикл);100 Гц означает «сто циклов в секунду» и так далее. Единица может применяться к любому периодическому событию - например, можно сказать, что часы тикают в1 Гц , или можно сказать, что человеческое сердце бьется со скоростью1,2 Гц .
Частота возникновения апериодических или случайных событий выражается в обратной секунде или обратной секунде (1 / с или с -1 ) в целом или, в конкретном случае радиоактивного распада , в беккерелях . [9] Принимая во внимание1 Гц - это один цикл в секунду,1 Бк - одно апериодическое радионуклидное событие в секунду.
Несмотря на то, что угловая скорость , угловая частота и единицы герц имеют размерность 1 / с, угловая скорость и угловая частота выражаются не в герцах [10], а в соответствующих угловых единицах, таких как радианы в секунду . Таким образом, диск, вращающийся со скоростью 60 оборотов в минуту (об / мин), считается вращающимся со скоростью 2 π рад / с или 1 Гц , где первый измеряет угловую скорость, а второй отражает количество полных оборотов в секунду. Преобразование между частотой f, измеренной в герцах, и угловой скоростью ω, измеренной в радианах в секунду, равно
- а также .
Герц назван в честь Генриха Герца . Как и каждый SI единицу имени для человека, его символ начинается с верхним регистром буквами (Гц), но при записи в полном объеме следует правилам для капитализации нарицательного ; т. е. « герц » пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном - в нижнем регистре.
История
Герц назван в честь немецкого физика Генриха Герца (1857–1894), внесшего важный научный вклад в изучение электромагнетизма . Название было установлено Международной электротехнической комиссии (МЭК) в 1935 году [11] Он был принят Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) ( Conférence женераль де мер и весов ) в 1960 году, заменив прежнее название для блока , циклов в секунду (cps), а также связанных с ними кратных величин , в первую очередь килоциклов в секунду (kc / s) и мегациклов в секунду (Mc / s), а иногда и киломегациклов в секунду (kMc / s). К 1970-м годам термин « циклы в секунду» в значительной степени был заменен на « герц ». Один журнал для любителей , Electronics Illustrated , заявил о своем намерении придерживаться традиционных устройств kc., Mc. И т. Д. [12]
Приложения
Вибрация
Звук - это бегущая продольная волна, представляющая собой колебание давления . Люди воспринимают частоту звуковых волн как высоту звука . Каждой музыкальной ноте соответствует определенная частота, которую можно измерить в герцах. Ухо младенца способно воспринимать частоты в диапазоне отОт 20 Гц до20 000 Гц ; средний взрослый человек может слышать звуки между20 Гц и16 000 Гц . [13] Диапазон ультразвука , инфразвука и других физических колебаний, таких как колебания молекул и атомов, простирается от нескольких фемтогерц [14] до терагерцового диапазона [15] и выше. [16]
Электромагнитное излучение
Электромагнитное излучение часто описывается его частотой - числом колебаний перпендикулярного электрического и магнитного полей в секунду - выраженной в герцах.
Радиочастотное излучение обычно измеряется в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). Свет - это еще более высокочастотное электромагнитное излучение, которое имеет частоты в диапазоне от десятков ( инфракрасный ) до тысяч ( ультрафиолетовый ) терагерц. Электромагнитное излучение с частотами в низком терагерцовом диапазоне (промежуточное между наиболее высокими обычно используемыми радиочастотами и длинноволновым инфракрасным светом) часто называют терагерцовым излучением . Существуют даже более высокие частоты, такие как гамма-лучи , которые могут быть измерены в эксагерцах (ЭГц). (По историческим причинам частоты света и более высокочастотного электромагнитного излучения чаще задаются в терминах их длин волн или энергии фотонов : для более подробного рассмотрения этого и вышеуказанных частотных диапазонов см. Электромагнитный спектр .)
Компьютеры
В компьютерах большинство центральных процессоров (ЦП) помечены с точки зрения их тактовой частоты, выраженной в мегагерцах (10 6 Гц ) или гигагерц (10 9 Гц ). Эта спецификация относится к частоте основного тактового сигнала ЦП . Этот сигнал представляет собой прямоугольную волну , представляющую собой электрическое напряжение, которое периодически переключается между низкими и высокими логическими значениями. Поскольку герц стал основной единицей измерения, принятой широкими массами для определения производительности процессора, многие эксперты подвергли критике этот подход, который, как они утверждают, является легко управляемым эталоном . Некоторые процессоры используют несколько периодов синхронизации для выполнения одной операции, в то время как другие могут выполнять несколько операций за один цикл. [17] Для персональных компьютеров тактовая частота ЦП варьировалась примерно от1 МГц в конце 1970-х ( компьютеры Atari , Commodore , Apple ) до6 ГГц в микропроцессорах IBM POWER .
Различные компьютерные шины , такие как лицевая шина, соединяющая ЦП и северный мост , также работают на различных частотах в мегагерцовом диапазоне.
Кратные SI
Подмножественные | Кратные | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Значение | Символ SI | Имя | Значение | Символ SI | Имя | |
10 -1 Гц | dHz | децигерц | 10 1 Гц | даГц | декагерц | |
10 -2 Гц | cHz | сантигерц | 10 2 Гц | Гц | гектогерц | |
10 -3 Гц | мГц | миллигерц | 10 3 Гц | кГц | килогерц | |
10 -6 Гц | мкГц | микрогерц | 10 6 Гц | МГц | мегагерц | |
10 -9 Гц | нГц | наногерц | 10 9 Гц | ГГц | гигагерц | |
10 −12 Гц | пгц | пикогерц | 10 12 Гц | ТГц | терагерц | |
10 −15 Гц | fHz | фемтогерц | 10 15 Гц | PHz | петагерц | |
10 −18 Гц | aHz | аттогерц | 10 18 Гц | EHz | эксагерц | |
10 −21 Гц | zHz | зептогерц | 10 21 Гц | ZHz | зеттахерц | |
10 −24 Гц | yHz | йоктогерц | 10 24 Гц | YHz | йоттахерц | |
Обычные единицы с префиксом выделены жирным шрифтом. |
Считается, что более высокие частоты, чем префиксы Международной системы единиц, естественным образом возникают в частотах квантово-механических колебаний высокоэнергетических или, что то же самое, массивных частиц, хотя они не наблюдаются напрямую и должны быть выведены из их взаимодействия. с другими явлениями. По соглашению они обычно выражаются не в герцах, а в единицах эквивалентной энергии кванта, которая пропорциональна частоте на коэффициент постоянной Планка .
Символ | Имя | Юникод номер |
---|---|---|
㎐ | Герц (квадрат Гц) | U + 3390 |
㎑ | Килогерц (Квадрат, КГц) | U + 3391 |
㎒ | Мегагерцы (квадратные МГц) | U + 3392 |
㎓ | Гигагерц (Квадратные ГГц) | U + 3393 |
㎔ | Терагерц (квадратный THZ) | U + 3394 |
Смотрите также
- Переменный ток
- Полоса пропускания (обработка сигнала)
- Электронный тюнер
- ФЛОПЫ
- Преобразователь частоты
- Нормализованная частота (единица)
- Порядки величины (частоты)
- Периодическая функция
- Радиан в секунду
- Показатель
- Блок совместимости Unicode CJK, который включает общие единицы СИ для частоты
Примечания и ссылки
- ^ "Герц". (1992). Словарь английского языка американского наследия (3-е изд.), Бостон: Houghton Mifflin.
- ^ «Брошюра СИ: Международная система единиц (СИ) § 2.3.1 Базовые единицы» (PDF) (на английском и французском языках) (9-е изд.). BIPM . 2019. стр. 130 . Проверено 2 февраля 2021 года .
- ^ «Брошюра SI: Международная система единиц (SI) § Приложение 1. Решения CGPM и CIPM» (PDF) (на английском и французском языках) (9-е изд.). BIPM . 2019. стр. 169 . Проверено 2 февраля 2021 года .
- ^ Mohr, JC; Филлипс, WD (2015). «Безразмерные единицы в СИ». Метрология . 52 (1): 40–47. arXiv : 1409.2794 . Bibcode : 2015Metro..52 ... 40M . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 52/1/40 . S2CID 3328342 .
- ^ Миллс, И.М. (2016). «В единицах радиан и цикл для угла плоскости величины». Метрология . 53 (3): 991–997. Bibcode : 2016Metro..53..991M . DOI : 10.1088 / 0026-1394 / 53/3/991 .
- ^ «Единицы СИ необходимо реформировать, чтобы избежать путаницы» . От редакции. Природа . 548 (7666): 135. 7 августа 2011 г. doi : 10.1038 / 548135b . PMID 28796224 .
- ^ PR Бункер; IM Mills; Пер Дженсен (2019). «Постоянная Планка и ее единицы». J Quant Spectrosc Radiat Transfer . 237 : 106594. Bibcode : 2019JQSRT.23706594B . DOI : 10.1016 / j.jqsrt.2019.106594 .
- ^ Руководство NIST по единицам СИ - 9 правил и стилей для написания названий единиц , Национальный институт стандартов и технологий
- ^ «(d) Герц используется только для периодических явлений, а беккерель (Бк) используется только для случайных процессов в активности, относящейся к радионуклиду». «МБМВ - Таблица 3» . BIPM . Проверено 24 октября 2012 года .
- ^ «Брошюра SI, раздел 2.2.2, параграф 6» . Архивировано из оригинала на 1 октября 2009 года.
- ^ «История МВЦ» . Iec.ch . Проверено 6 января 2021 года .
- ^ Картрайт, Руфус (март 1967). Бисон, Роберт Г. (ред.). "Успех испортит Генриха Герца?" (PDF) . Иллюстрированная электроника . Fawcett Publications, Inc., стр. 98–99.
- ^ Эрнст Терхардт (20 февраля 2000 г.). «Доминирующая область спектра» . Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. Архивировано из оригинального 26 апреля 2012 года . Проверено 28 апреля 2012 года .
- ^ «Звуковые волны в черной дыре - Управление научной миссии» . science.nasa.go.
- ^ Атомные колебания обычно порядка десятков терагерц.
- ^ «Звуковые волны в черной дыре - Управление научной миссии» . science.nasa.go.
- ^ Асаравала, Амит (30 марта 2004 г.). "Удачный танец, Гигагерц" . Проводной . Проверено 28 апреля 2012 года .
- ^ Консорциум Unicode (2019). «Стандарт Unicode 12.0 - Совместимость с CJK Диапазон: 3300–33FF ❱» (PDF) . Unicode.org . Проверено 24 мая 2019 .
Внешние ссылки
- Брошюра SI: Единица времени (секунда)
- Национальный исследовательский совет Канады: часы с цезиевым фонтаном
- Национальный исследовательский совет Канады: оптический стандарт частоты на основе одного захваченного иона
- Национальный исследовательский совет Канады: оптическая частотная гребенка
- Национальная физическая лаборатория: Оптические атомные часы времени и частоты
- Онлайн тон-генератор