ヘルツ
1887年、ハインリヒ・ヘルツはカールスルーエの講義室を暗くして、ごく小さなすき間のある針金の輪を見つめていた。部屋の反対側で発振器の火花がはじけると、輪のすき間にも、長さわずか数分の一ミリの火花が飛んだ。こうして初めて電磁波がとらえられた。ヘルツ自身はこの実験をマクスウェル理論の検証と考え、実用的な価値は見いださなかった。
それから四十年あまり後、周波数の単位は彼にちなんで名づけられた。一ヘルツは毎秒一回の振動である。コンセントの電流は毎秒50回または60回振動し、A線は440回、Wi‑Fiの信号は約24億回（2.4 GHz）振動する。
| 記号 | Hz |
| 定義 | 毎秒一回の振動 · s⁻¹ · 周期的な現象のみ |
| 参考値 | Δν(¹³³Cs) — 9 192 631 770 Hz · 1 Hzのとき角周波数は2π rad/s · 1 Hz — 60 rpm |
| 導入 | 1930年、国際電気標準会議 · 1960年からSI、「サイクル毎秒」に代わる |
| 規格 | ISO 80000-3 · IEC 60050 · SI Brochure 9th ed. |
| 代表的な値 | 50 Hz — 商用電源 · 440 Hz — ラの音 · 2.4 GHz — Wi‑Fi |
01 · 定義
毎秒何回
周波数fは、ある現象が毎秒何回繰り返されるかを示す。振り子、弦、導線を流れる電流、光の波——等しい間隔で元の状態に戻るものなら何でもよい。この間隔ひとつを周期Tという。周波数と周期は互いに逆数で、周期が0.02 sなら周波数は50 Hzになる。
波では、周波数は速さを介して波長と結びついている。電波も光も速さcで進むので、2.4 GHzの波の長さは12.5 cmになる。音はもっと遅く、ラの音の波長は約78 cmだ。
円板に触れずに回転の周波数を知るには
白い目印のついた円板が暗闇で回っていて、右のランプが光った瞬間にだけ見える。閃光が回転と合えば、目印は毎回同じ位置にあり、止まっているように見える。閃光が少し遅ければ目印はゆっくり前へ進み、少し速ければ後ろへ下がる。スライダーで閃光の周波数を決める。三つ目のローターは未知の周波数で回っている。その周波数を見つけよう。
スライダーをゆっくり動かして、目印を見よう。
エンジンの回転数はふつうrpm、つまり毎分回転数で書く。ヘルツに直すにはrpmを60で割る。1440 rpmの扇風機は毎秒24回転、7200 rpmのハードディスクは120回転だ。50 Hzの電源につないだ誘導電動機は3000 rpmより少し遅く回り、極対が二つなら約1450で回る。
輪に火花が飛ぶのはどこか
左では誘導コイルがヘルツの発振器に電力を送る。球のついた二本の棒と、その間の火花間隙だ。発振器の長さが波長を決め、波長は発振器自身のおよそ二倍になる。水色の線は部屋に沿った電場で、帯の明るさはその振れ幅を表す。右の壁際には亜鉛板が立っている。板は波を反射し、部屋には電場のない節が現れる。台にのった針金の輪が受信器だ。そのすき間の火花は二つのことで決まる。その場所の電場と、輪の円周が波長と一致しているかどうかである。輪は画面上でドラッグできる。右には輪のすき間を映すルーペと火花カウンターがある。
輪が部屋の中を動く。どこで輪のすき間に火花がともるか見てみよう。
02 · 換算
| 単位 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
極対が一つのモーターは、50 Hzの電源でほぼ3000 rpm、つまり毎秒50回転で回る。
周波数1 Hzのとき角周波数は2π rad/s、約6.283。両者を取り違えると六倍あまりの誤差になる。
2.4 GHzのWi‑Fiの波は真空中で長さ12.5 cmなので、ルーターのアンテナは数センチほどの大きさだ。
03 · 桁の並び
04 · 測定器
05 · 表記の規則
06 · 隣り合う単位
07 · 歴史の部
ヘルツは秒の逆数に等しいが、周期的な現象にしか使わない。ランダムに起こる原子核の崩壊では、同じ秒の逆数をベクレルと呼ぶ。角速度はラジアン毎秒で書き、1 Hzには2π rad/sが対応する。これらの量を取り違えると、誤差は6.28倍になる。
1967年から、秒は周波数によって定義されている。セシウム133原子が出す放射の9 192 631 770周期が一秒である。ヘルツと秒は同じひとつの数の上に成り立っている。周波数は今日、ほかのどの量よりも精密に測れるので、多くの標準は周波数を数えることに帰着する。
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