헤르츠
1887년 하인리히 헤르츠는 카를스루에의 강의실을 어둡게 하고, 아주 작은 틈이 있는 철사 고리를 지켜보았다. 방 반대편에서 발진기의 불꽃이 튀자, 고리의 틈에서도 길이가 1밀리미터도 안 되는 불꽃이 튀었다. 이렇게 처음으로 전자기파가 포착되었다. 헤르츠 자신은 이 실험을 맥스웰 이론의 검증으로 여겼고, 실용적인 쓸모는 보지 못했다.
그로부터 40여 년 뒤, 진동수의 단위에 그의 이름이 붙었다. 1헤르츠는 초당 한 번의 진동이다. 콘센트의 전류는 초당 50번 또는 60번 진동하고, A현은 440번, Wi‑Fi 신호는 약 24억 번(2.4 GHz) 진동한다.
| 기호 | Hz |
| 정의 | 초당 한 번의 진동 · s⁻¹ · 주기적 과정에만 |
| 기준값 | Δν(¹³³Cs) — 9 192 631 770 Hz · 1 Hz일 때 각진동수는 2π rad/s · 1 Hz — 60 rpm |
| 도입 | 1930년, 국제전기기술위원회 · 1960년부터 SI, «초당 사이클» 대신 |
| 규격 | ISO 80000-3 · IEC 60050 · SI Brochure 9th ed. |
| 대표 값 | 50 Hz — 전원 · 440 Hz — 라 음 · 2.4 GHz — Wi‑Fi |
01 · 정의
초당 몇 번
진동수 f는 어떤 과정이 초당 몇 번 되풀이되는지를 보여 준다. 진자, 현, 도선 속 전류, 빛의 파동 — 같은 간격마다 처음 상태로 돌아오는 것이라면 무엇이든 그렇다. 이런 간격 하나를 주기 T라고 한다. 진동수와 주기는 서로 역수이다: 주기가 0.02 s이면 진동수는 50 Hz이다.
파동에서 진동수는 속력을 통해 파장과 이어진다. 전파와 빛은 속력 c로 나아가므로 2.4 GHz 파동의 파장은 12.5 cm이다. 소리는 더 느려서, 라 음의 파장은 약 78 cm이다.
원판을 건드리지 않고 회전 진동수를 알아내는 법
흰 표시가 있는 원판이 어둠 속에서 돌고, 오른쪽 램프가 번쩍이는 순간에만 보인다. 섬광이 회전과 맞으면 표시는 매번 같은 자리에 있어 멈춘 듯 보인다. 섬광이 조금 느리면 표시는 천천히 앞으로 기어가고, 조금 빠르면 뒤로 물러난다. 슬라이더로 섬광 진동수를 정한다. 세 번째 회전자는 알 수 없는 진동수로 돈다: 그 진동수를 찾아보자.
슬라이더를 천천히 움직이며 표시를 지켜보자.
엔진의 회전수는 보통 rpm, 곧 분당 회전수로 쓴다. 헤르츠로 바꾸려면 rpm을 60으로 나눈다. 1440 rpm의 선풍기는 초당 24바퀴, 7200 rpm의 하드 디스크는 120바퀴를 돈다. 50 Hz 전원에 연결된 유도 전동기는 3000 rpm보다 조금 느리게 돌고, 극쌍이 두 개면 약 1450으로 돈다.
고리에 불꽃이 튀는 곳은 어디일까
왼쪽에서는 유도 코일이 헤르츠의 발진기에 전력을 공급한다: 공이 달린 막대 두 개와 그 사이의 불꽃 간극이다. 발진기의 길이가 파장을 정하는데, 파장은 발진기 자체의 약 두 배다. 하늘색 선은 방을 따라 분포한 전기장이고, 띠의 밝기는 그 진폭이다. 오른쪽 벽에는 아연판이 서 있다. 아연판은 파동을 반사하고, 방 안에는 전기장이 없는 마디가 생긴다. 받침대 위의 철사 고리가 수신기다. 고리 틈의 불꽃은 두 가지에 달려 있다: 그 자리의 전기장, 그리고 고리의 둘레가 파장과 맞는지 여부다. 고리는 화면에서 끌어 옮길 수 있다. 오른쪽에는 고리 틈을 비추는 확대경과 불꽃 계수기가 있다.
고리가 방을 따라 움직인다. 어느 자리에서 고리 틈에 불꽃이 켜지는지 지켜보자.
02 · 환산
| 단위 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
극쌍이 하나인 전동기는 50 Hz 전원에서 거의 3000 rpm, 곧 초당 50바퀴로 돈다.
진동수가 1 Hz일 때 각진동수는 2π rad/s, 약 6.283이다. 둘을 혼동하면 여섯 배가 넘는 오차가 난다.
2.4 GHz Wi‑Fi 파동은 진공에서 길이가 12.5 cm이므로, 공유기 안테나는 몇 센티미터 크기다.
03 · 크기의 차수
04 · 측정 기기
05 · 표기 규칙
06 · 이웃 단위
07 · 역사 부문
헤르츠는 초의 역수와 같지만 주기적 과정에만 쓴다. 무작위로 일어나는 원자핵 붕괴에서는 같은 초의 역수를 베크렐이라고 부른다. 각속도는 초당 라디안으로 쓴다: 진동수 1 Hz에 2π rad/s가 대응한다. 이 양들을 혼동하면 오차는 6.28배가 된다.
1967년부터 초는 진동수를 통해 정의된다: 세슘-133 원자가 내는 복사의 9 192 631 770주기가 곧 1초다. 헤르츠와 초는 같은 하나의 수에 기대고 있다. 오늘날 진동수는 다른 어떤 양보다 정밀하게 측정되므로, 많은 표준이 진동수를 세는 일로 귀착된다.
산 한 방울이 즙의 색을 바꾸고, 소금은 불꽃에 색을 입히고, 물은 한 번 두드리면 언다. 그 아래에 Simetrium의 모든 페이지가 분야별, 가나다순으로 있다.
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