الهرتز
وحدة SI مشتقة · المقدار: التردد
01 · التعريف
أمسك هرتز الموجات اللاسلكية في مختبره ومات في السادسة والثلاثين، دون أن يدرك الراديو. وسُمّيت وحدة التردد باسمه بعد ستة وثلاثين عاماً من وفاته.
الهرتز الواحد حدث واحد في الثانية. وهو شكلياً مجرد الثانية المقلوبة، غير أن للهرتز مجال استعمال صارم: الظواهر الدورية وحدها، حيث يتكرر الحدث على فترات متساوية. القلب ينبض بنحو 1 Hz، وشبكة المقبس تتذبذب عند 50 Hz، ونغمة «لا» في الشوكة الرنانة 440 Hz، والمعالج ينبض بالغيغاهرتز. وللثانية المقلوبة أسماء أخرى: البُعد نفسه للبكريل في التحلل الإشعاعي وللسرعة الزاوية بالراديان في الثانية، لكنها مقادير مختلفة، والخلط بينها غير جائز.
الثانية مرفوعة إلى الأس ناقص واحد تقف خلف الهرتز والبكريل والراديان في الثانية، والبُعد لا يعين على التمييز — فالفرق في طبيعة الظاهرة. يسمح المعيار ISO 80000-3 بالهرتز للظواهر الدورية وحدها، ويخصّ ISO 80000-10 البكريل بالتحلّلات العشوائية، ويأمر بالتعبير عن التردد الزاوي بالراديان في الثانية لكيلا يضيع عامل اثنين باي في الكتابة. والراديان شكلياً بلا بُعد، وكان يمكن اختصار rad/s إلى s⁻¹، لكن الدورات والتذبذبات كانت ستصير عندئذ غير متمايزة على الورق.
02 · التحويل
أدخل تردداً — تعطي البطاقة الدور وطول الموجة
التردد والدور مقلوبان، ولذلك يقلب الجدول المقدار بدل أن يضربه. والدورات والنبضات في الدقيقة هي الدورات نفسها، منسوبةً إلى الدقيقة فحسب.
العدد الموجي في الجدول ليس تردداً بل بديله الطيفي: السنتيمتر المقلوب يقول كم طول موجة يتّسع له السنتيمتر، ويتحوّل إلى هرتز بالضرب في سرعة الضوء. ويستعمله الكيميائيون وعلماء الطيف لأن الرقم يخرج مريحاً: اهتزاز رابطة الكربون والأكسجين يعطي 1700 سنتيمتر مقلوب بدل واحد وخمسين تيراهرتزاً.
| الوحدة | الاسم | القيمة | أين يُصادَف |
|---|---|---|---|
| Hz | هرتز، وحدة SI | 50 | فيزياء، تقنية، موسيقى |
| kHz | كيلوهرتز | 0,05 | صوت، موجات طويلة |
| MHz | ميغاهرتز | 5·10⁻⁵ | راديو، ترددات التوقيت |
| GHz | غيغاهرتز | 5·10⁻⁸ | معالجات، واي فاي، رادارات |
| THz | تيراهرتز | 5·10⁻¹¹ | الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي |
| rad/s | راديان في الثانية | 314,16 | ميكانيكا، نظرية الاهتزازات |
| c/s | cycles per second | 50 | تقنية الراديو قبل الستينيات |
| kc/s | كيلودورة في الثانية | 0,05 | أقراص أجهزة الصمامات |
| Mc/s | ميغادورة في الثانية | 5·10⁻⁵ | اتصالات الموجة القصيرة |
| د/د | دورة في الدقيقة | 3000 | أعمدة، محركات، أقراص |
| s | الدور بالثواني | 0,02 | نواسات، ميكانيكا |
| cm⁻¹ | العدد الموجي | 1,668·10⁻⁹ | طيفية، كيمياء |
التردد والدور مقلوبان أحدهما للآخر، ولذلك يقلب الجدول المقدار. والراديان في الثانية يختلف عن الهرتز بعامل اثنين باي: خمسون هرتزاً للشبكة هي 314 راديان في الثانية
03 · رتب المقادير
من مدار المريخ إلى كمّات غاماهرتز واحد: النبض في الراحة، دورة في الثانية
04 · أجهزة القياس
بم يُقاس التردد
يعدّ النبضات خلال فترة معيارية ويقسم إحداهما على الأخرى. والدقة تتوقف كلها على البلورة الداخلية: عند بوابة من ثانية لا يستطيع الجهاز أن يعرف التردد بأفضل من عدّة واحدة، ولذلك تُقاس الترددات العالية بالقسمة والمنخفضة بقياس الدور.
يُظهر شكل التذبذب في الزمن: ويخرج التردد بعد عدّ الدور على مربعات المسح. والطريقة أخشن من العدّاد، لكن الإشارة نفسها تُرى — التشوّهات والرجفة وكون التذبذب ليس مفرداً البتة.
يومض بتردد معلوم: فإذا بدت العلامة على جسم دائر ساكنة، تطابق التردّدان. والطريقة لا تلمس شيئاً، ولذلك لا غنى عنها للأعمدة والريش، لكنها تخدع — فالعجلة تسكن عند المضاعفات أيضاً، والميكانيكي المحنّك يتحقق دائماً عند الضِعف.
لا يقيس تردداً بل يحدّده: تُقذف ذرات سيزيوم مبرّدة عبر تجويف موجي دقيق ويُضبط المذبذب على الرنين. وهذه الأجهزة بالذات هي التي تمسك بالتوقيت العالمي، بينما المعايير الضوئية على السترونشيوم والإيتربيوم تفوقها بمئات المرات.
05 · قواعد الكتابة
H كبيرة وz صغيرة، ولا شيء اسمه «في الثانية»
الرمز مشتق من اسم عائلة، ولذلك الحرف الأول كبير والثاني صغير: Hz لا HZ ولا hz. واسم الوحدة في النص يُكتب بحرف صغير — هرتز. وتُركّب البادئات بلا فراغ وبالحجم المقرّر: kHz بحرف k صغير، وMHz وGHz بحرف كبير.
بين الرقم والرمز يوضع فراغ غير فاصل. والرمز الروسي Гц، بحرف Г كبير وц صغير. وتمتد بادئات التضعيف إلى إكسا: كيلوهرتز، ميغاهرتز، غيغاهرتز، تيراهرتز، بيتاهرتز، إكساهرتز؛ وتصادف الأخيرتان في البصريات وفيزياء الأشعة السينية. ويجوز وفق ISO 80000-3 التعبير عن تردد الدوران بالهرتز إذا حُسبت الدورة الواحدة دورةً كاملة، غير أن التقنية تفضّل الدورات في الدقيقة، ولا ينبغي خلط الكتابتين في وثيقة واحدة.
06 · الوحدات المجاورة
ثلاث وحدات تشارك الهرتز بُعد الثانية المقلوبة. وليس الحساب هو ما يميّزها، بل ما الذي يتكرر — وهل يتكرر أصلاً.
تحلّلات عشوائية
دورات في الثانية
التردد الزاوي
من بطاقات Simetrium تجاور الهرتز ثانية، التي هو مقلوبها، بيكريل بالبُعد نفسه وبمعنى آخر، راديان s بوصفها دورة في الدقيقة للدوران، و ديسيبل، الذي يوصف به انخفاض الإشارة مع التردد.
07 · القسم التاريخي
دورات في الثانية صارت اسم عائلة
في كارلسروه ركّب مذبذباً بفجوة شرارية وحلقة استقبال على بعد أمتار منه. كانت الشرارة تقفز في الحلقة على إيقاع تفريغات المذبذب: فالموجة عبرت الهواء وأُمسك بها. أما طولها فقاسه هرتز من الصورة الساكنة عند جدار المختبر — فجاء نحو المتر.
ظلت تقنية الراديو نصف قرن تكتب cycles per second، وعلى أقراص الأجهزة كانت تقف الكيلودورات والميغادورات. كان التعبير شفافاً لكنه ثقيل، وبدا في كل لغة على نحو آخر — ولم يكن ثمة رمز مشترك.
اقترحت اللجنة الكهرتقنية الدولية تسمية الوحدة هرتزاً، غير أن العادة تمسّكت بقوة: لم تختف الكيلودورات من الأقراص إلا في أواخر الستينيات، بعد أن أدرج المؤتمر العام الهرتز في النظام الدولي.
استُبدل تعريف الثانية الفلكي بآخر ذري: أُعلن تردد الانتقال في السيزيوم-133 عدداً دقيقاً من الهرتز. ومنذ تلك اللحظة كفّ الهرتز جوهرياً عن أن يكون مشتقاً من الثانية — بل الأمر بالعكس.
كان هرتز يعدّ تجاربه بلا فائدة
في عام 1887 حصل على شرارة في دارة الاستقبال من تفريغ في دارة الإرسال، وأثبت أن الموجات الكهرمغناطيسية التي تنبأ بها ماكسويل موجودة. وحين سُئل عن الفائدة أجاب أن لا معنى عملياً في ذلك البتة — إنما هو تأكيد للنظرية. وبعد ثماني سنوات بدأ بوبوف وماركوني بإرسال الإشارات، ولما سُمّيت وحدة التردد باسمه كان الراديو قد وصل القارات بعضها ببعض. واليوم يُقاس بالهرتز كل شيء، من نبضة المعالج إلى تردد موجات الجاذبية.
الدليل · وحدات القياس
بطاقة لكل مقدار
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون وحدة مشتقة لها أسماء خاصة، ووحدات خارج النظام لا تستغني عنها التقنية ولا الحياة اليومية. لكل وحدة ورقتها: التعريف، التحويل، الأجهزة، قواعد الكتابة. بـ 28 لغة.
وحدات دولية مشتقة لها أسماء خاصة
بطاقة الهرتز مفتوحةالوحدات الأساسية في النظام الدولي
باللون الطيني — الثانية التي يقلبها الهرتزالتردد في كتابات أخرى
لغة البطاقة
28 لغة. الرمز Hz دولي، أما تردد الشبكة فمختلف: خمسون هرتزاً في أوروبا وآسيا، وستون في أمريكا واليابان — والبطاقة تضع القيمة المحلية.