Hertz
1887 verdunkelte Heinrich Hertz einen Hörsaal in Karlsruhe und beobachtete einen Drahtring mit einem winzigen Spalt. Wenn am anderen Ende des Raums der Funke des Oszillators knisterte, sprang auch im Spalt des Rings ein Funke über, nur Bruchteile eines Millimeters lang. So wurde zum ersten Mal eine elektromagnetische Welle nachgewiesen. Hertz selbst sah in dem Versuch eine Prüfung der Theorie von Maxwell und keinen praktischen Nutzen.
Gut vierzig Jahre später wurde die Einheit der Frequenz nach ihm benannt. Ein Hertz ist eine Schwingung pro Sekunde. Der Strom aus der Steckdose schwingt 50- oder 60-mal pro Sekunde, die A-Saite 440-mal und ein Wi‑Fi-Signal rund 2,4 Milliarden Mal.
| Zeichen | Hz |
| Definition | eine Schwingung pro Sekunde · s⁻¹ · nur für periodische Vorgänge |
| Bezugswerte | Δν(¹³³Cs) — 9 192 631 770 Hz · bei 1 Hz ist die Kreisfrequenz 2π rad/s · 1 Hz — 60 rpm |
| Eingeführt | 1930, IEC · seit 1960 im SI statt „Zyklen pro Sekunde“ |
| Normen | ISO 80000-3 · IEC 60050 · SI Brochure 9th ed. |
| Typische Werte | 50 Hz — Stromnetz · 440 Hz — Kammerton A · 2,4 GHz — Wi‑Fi |
01 · Definition
Wie oft pro Sekunde
Die Frequenz f gibt an, wie oft sich ein Vorgang pro Sekunde wiederholt. Ein Pendel, eine Saite, der Strom in einem Draht, eine Lichtwelle — alles, was in gleichen Abständen in denselben Zustand zurückkehrt. Ein solcher Abstand heißt Periode T. Frequenz und Periode sind zueinander reziprok: Bei einer Periode von 0,02 s beträgt die Frequenz 50 Hz.
Bei einer Welle hängen Frequenz und Wellenlänge über die Geschwindigkeit zusammen. Funkwellen und Licht breiten sich mit der Geschwindigkeit c aus, deshalb ist eine Welle von 2,4 GHz 12,5 cm lang. Schall ist langsamer, und der Kammerton A hat eine Wellenlänge von etwa 78 cm.
Wie man die Drehfrequenz misst, ohne die Scheibe zu berühren
Eine Scheibe mit weißer Marke dreht sich im Dunkeln und ist nur während der Blitze der Lampe rechts zu sehen. Fallen die Blitze mit den Umdrehungen zusammen, steht die Marke jedes Mal an derselben Stelle und scheint stillzustehen. Blitzt es etwas seltener, kriecht die Marke langsam vorwärts, blitzt es etwas häufiger, rückwärts. Der Schieberegler stellt die Blitzfrequenz ein. Der dritte Rotor dreht sich mit unbekannter Frequenz: Finden Sie sie.
Bewegen Sie den Schieberegler langsam und beobachten Sie die Marke.
Die Drehzahl von Motoren gibt man meist in rpm an — Umdrehungen pro Minute. Um Hertz zu erhalten, teilt man rpm durch 60. Ein Lüfter mit 1440 rpm macht 24 Umdrehungen pro Sekunde, eine Festplatte mit 7200 rpm 120. Ein Asynchronmotor am 50-Hz-Netz dreht etwas langsamer als 3000 rpm, mit zwei Polpaaren etwa 1450.
Wo im Ring der Funke überspringt
Links speist ein Funkeninduktor den Hertz-Oszillator: zwei Stäbe mit Kugeln und dazwischen eine Funkenstrecke. Die Länge des Oszillators bestimmt die Wellenlänge, die etwa doppelt so groß ist wie er selbst. Die blaue Linie ist das elektrische Feld entlang des Raums, die Helligkeit der Streifen zeigt seine Amplitude. Rechts an der Wand steht ein Zinkblech. Es reflektiert die Welle, und im Raum entstehen Knoten, an denen kein Feld ist. Der Drahtring auf dem Ständer ist der Empfänger. Der Funke in seinem Spalt hängt von zwei Dingen ab: vom Feld an dieser Stelle und davon, ob der Umfang des Rings mit der Wellenlänge übereinstimmt. Den Ring kann man durch die Szene ziehen. Rechts eine Lupe auf den Spalt des Rings und ein Funkenzähler.
Der Ring bewegt sich durch den Raum. Achten Sie darauf, wo in seinem Spalt ein Funke aufleuchtet.
02 · Umrechnung
| Einheit | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Ein Motor mit einem Polpaar dreht am 50-Hz-Netz mit fast 3000 rpm: 50 Umdrehungen pro Sekunde.
Bei 1 Hz beträgt die Kreisfrequenz 2π rad/s, also etwa 6,283. Wer beides verwechselt, liegt um mehr als das Sechsfache daneben.
Eine Wi‑Fi-Welle von 2,4 GHz ist im Vakuum 12,5 cm lang, deshalb sind Router-Antennen nur wenige Zentimeter groß.
03 · Größenordnungen
04 · Messgeräte
05 · Schreibregeln
06 · Benachbarte Einheiten
07 · Historischer Teil
Das Hertz ist gleich der reziproken Sekunde, wird aber nur für periodische Vorgänge verwendet. Bei zufälligen Kernzerfällen heißt dieselbe reziproke Sekunde Becquerel. Die Winkelgeschwindigkeit gibt man in Radiant pro Sekunde an: Einer Frequenz von 1 Hz entsprechen 2π rad/s. Wer diese Größen verwechselt, irrt sich um den Faktor 6,28.
Seit 1967 ist die Sekunde über eine Frequenz definiert: Sie dauert 9 192 631 770 Perioden der Strahlung des Cäsium-133-Atoms. Hertz und Sekunde beruhen auf ein und derselben Zahl. Frequenzen misst man heute genauer als jede andere Größe, deshalb führt man viele Normale auf das Zählen von Schwingungen zurück.
Größenkatalog
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Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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