Herc
Jednostka pochodna SI · wielkość: częstotliwość
01 · Definicja
Hertz złapał fale radiowe w laboratorium i umarł w wieku trzydziestu sześciu lat, nie doczekawszy radia. Jednostkę częstotliwości nazwano jego imieniem trzydzieści sześć lat po jego śmierci.
Jeden herc to jedno zdarzenie na sekundę. Formalnie jest to po prostu odwrotność sekundy, ale herc ma ścisły zakres użycia: tylko procesy okresowe, w których zdarzenie powtarza się w równych odstępach. Serce bije z częstotliwością około 1 Hz, sieć w gniazdku drga z 50 Hz, dźwięk a¹ ma 440 Hz, procesor taktuje w gigahercach. Odwrotność sekundy ma i inne imiona: ten sam wymiar mają bekerel dla rozpadu promieniotwórczego i prędkość kątowa w radianach na sekundę, ale to inne wielkości i mylić ich nie wolno.
Sekunda do minus pierwszej stoi za hercem, bekerelem i radianem na sekundę, a wymiar nie pomoże ich rozróżnić — różnica tkwi w naturze procesu. Norma ISO 80000-3 dopuszcza herc tylko dla zjawisk okresowych, ISO 80000-10 przypisuje bekerel rozpadom losowym, a częstość kołową każe wyrażać w radianach na sekundę właśnie po to, by czynnik dwa pi nie zginął w zapisie. Formalnie radian jest bezwymiarowy i rad/s dałoby się skrócić do s⁻¹, ale wtedy obroty i drgania przestałyby się na papierze różnić.
02 · Przeliczanie
Wpisz częstotliwość — karta poda okres i długość fali
Częstotliwość i okres są wzajemnie odwrotne, dlatego tabela odwraca wielkość, a nie mnoży jej. Obroty i uderzenia na minutę to te same cykle, tylko odniesione do minuty.
Liczba falowa w tabeli to nie częstotliwość, lecz jej spektroskopowy zamiennik: odwrotny centymetr mówi, ile długości fali mieści się w centymetrze, i przelicza się na herce przez pomnożenie przez prędkość światła. Chemicy i spektroskopiści posługują się nią, bo liczba wychodzi wygodna: drganie wiązania węgiel–tlen daje 1700 odwrotnych centymetrów zamiast pięćdziesięciu jeden teraherców.
| Jednostka | Nazwa | Wartość | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| Hz | herc, jednostka SI | 50 | fizyka, technika, muzyka |
| kHz | kiloherc | 0,05 | dźwięk, fale długie |
| MHz | megaherc | 5·10⁻⁵ | radio, częstotliwości taktowania |
| GHz | gigaherc | 5·10⁻⁸ | procesory, Wi-Fi, radary |
| THz | teraherc | 5·10⁻¹¹ | podczerwień i światło widzialne |
| rad/s | radian na sekundę | 314,16 | mechanika, teoria drgań |
| c/s | cycles per second | 50 | radiotechnika sprzed lat sześćdziesiątych |
| kc/s | kilocykl na sekundę | 0,05 | skale odbiorników lampowych |
| Mc/s | megacykl na sekundę | 5·10⁻⁵ | łączność krótkofalowa |
| obr/min | obrót na minutę | 3000 | wały, silniki, dyski |
| s | okres w sekundach | 0,02 | wahadła, mechanika |
| cm⁻¹ | liczba falowa | 1,668·10⁻⁹ | spektroskopia, chemia |
Częstotliwość i okres są wzajemnie odwrotne, dlatego tabela odwraca wielkość. Radian na sekundę różni się od herca czynnikiem dwa pi: pięćdziesiąt herców sieci to 314 radianów na sekundę
03 · Rzędy wielkości
od orbity Marsa po kwanty gammaJeden herc: tętno w spoczynku, jeden cykl na sekundę
04 · Przyrządy pomiarowe
Czym mierzy się częstotliwość
Liczy impulsy w odcinku wzorcowym i dzieli jedno przez drugie. Dokładność zależy w całości od wewnętrznego kwarcu: przy bramce sekundowej przyrząd nie zna częstotliwości lepiej niż co do jednego zliczenia, dlatego wysokie częstotliwości mierzy się przez dzielenie, a niskie przez pomiar okresu.
Pokazuje kształt drgania w czasie: częstotliwość wychodzi po odliczeniu okresu na kratkach podstawy czasu. Metoda jest zgrubniejsza niż licznik, za to widać sam sygnał — zniekształcenia, drżenie i to, że drganie wcale nie jest pojedyncze.
Błyska ze znaną częstotliwością: gdy znacznik na wirującym ciele wydaje się nieruchomy, częstotliwości się zgadzają. Sposób jest bezdotykowy i przez to niezastąpiony dla wałów i łopatek, ale zwodzi — koło zamiera także przy wielokrotnościach, a doświadczony mechanik zawsze sprawdza przy podwojonej.
Nie mierzy częstotliwości, lecz ją wyznacza: schłodzone atomy cezu podrzuca się przez wnękę mikrofalową i dostraja generator do rezonansu. Właśnie takie przyrządy trzymają czas światowy, a wzorce optyczne na strontze i iterbie są od nich już setki razy dokładniejsze.
05 · Zasady zapisu
Wielkie H, małe z i żadnego „na sekundę”
Symbol pochodzi od nazwiska, dlatego pierwsza litera jest wielka, a druga mała: Hz, a nie HZ i nie hz. Nazwę jednostki w tekście pisze się małą literą — herc. Przedrostki składa się bez spacji i we właściwej wielkości: kHz z małym k, MHz i GHz z wielką literą.
Między liczbą a symbolem stawia się spację nierozdzielającą. Oznaczenie rosyjskie to Гц, z wielkim Г i małym ц. Przedrostki zwielokrotniające sięgają eksa: kiloherc, megaherc, gigaherc, teraherc, petaherc, eksaherc; dwa ostatnie spotyka się w optyce i fizyce rentgenowskiej. Częstotliwość obrotów wolno według ISO 80000-3 podawać w hercach, jeśli liczyć jeden obrót jako cykl, ale technika woli obroty na minutę i obu zapisów nie należy mieszać w jednym dokumencie.
06 · Jednostki sąsiednie
Trzy jednostki dzielą z hercem wymiar odwrotności sekundy. Rozróżnia je nie rachunek, lecz to, co się powtarza — i czy w ogóle się powtarza.
rozpady losowe
cykle na sekundę
częstość kołowa
Spośród kart Simetrium sąsiadują z hercem sekunda, której jest odwrotnością, bekerel tego samego wymiaru i innego sensu, radian s jako obrót na minutę dla obrotu, a decybel, którym opisuje się spadek sygnału z częstotliwością.
07 · Dział historyczny
Cykle na sekundę, które stały się nazwiskiem
W Karlsruhe zbudował wibrator z iskiernikiem i pierścień odbiorczy kilka metrów dalej. W pierścieniu przeskakiwała iskra w takt wyładowań wibratora: fala przeszła powietrze i została schwytana. Jej długość Hertz zmierzył po obrazie fali stojącej przy ścianie laboratorium — wyszła metrowa.
Przez pół wieku radiotechnika pisała cycles per second, a na skalach odbiorników stały kilocykle i megacykle. Oznaczenie było przejrzyste, lecz nieporęczne, i w każdym języku wyglądało inaczej — wspólnego symbolu nie było.
Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna zaproponowała nazwać jednostkę hercem, ale przyzwyczajenie trzymało się mocno: kilocykle zniknęły ze skal dopiero pod koniec lat sześćdziesiątych, po tym jak Konferencja Generalna włączyła herc do Układu Międzynarodowego.
Astronomiczną definicję sekundy zastąpiono atomową: częstotliwość przejścia w cezie-133 ogłoszono dokładną liczbą herców. Od tej chwili herc przestał być w istocie pochodną sekundy — raczej na odwrót.
Hertz uważał swoje doświadczenia za bezużyteczne
W 1887 roku otrzymał iskrę w obwodzie odbiorczym z wyładowania w nadawczym i dowiódł, że przewidziane przez Maxwella fale elektromagnetyczne istnieją. Na pytanie o zastosowanie odpowiadał, że nie ma w tym żadnego sensu praktycznego — to po prostu potwierdzenie teorii. Osiem lat później Popow i Marconi zaczęli przesyłać sygnały, a gdy jego imieniem nazwano jednostkę częstotliwości, radio łączyło już kontynenty. Dziś w hercach mierzy się wszystko, od taktu procesora po częstotliwość fal grawitacyjnych.
Katalog · jednostki miary
Karta dla każdej wielkości
Siedem jednostek podstawowych SI, dwadzieścia dwie pochodne z własnymi nazwami oraz jednostki spoza układu, bez których nie obejdzie się ani technika, ani życie codzienne. Każda ma osobny arkusz: definicja, przeliczanie, przyrządy, zasady zapisu. W 14 językach.
Jednostki pochodne SI z własną nazwą
otwarta karta hercaJednostki podstawowe SI
terakotą — sekunda, którą herc odwracaCzęstotliwość w innych zapisach
Język karty
14 języków. Symbol Hz jest międzynarodowy, ale częstotliwość sieci już nie: pięćdziesiąt herców w Europie i Azji, sześćdziesiąt w Ameryce i Japonii — karta wstawia wartość miejscową.