Герц
Производная единица СИ · величина: частота
01 · Определение
Герц поймал радиоволны в лаборатории и умер в тридцать шесть, не успев увидеть радио. Единица частоты названа его именем через тридцать шесть лет после смерти.
Один герц — одно событие в секунду. Формально это просто обратная секунда, но у герца строгая область применения: только периодические процессы, где событие повторяется через равные промежутки. Сердце бьётся с частотой около 1 Hz, сеть в розетке колеблется на 50 Hz, нота ля первой октавы — 440 Hz, процессор тактирует на гигагерцах. У обратной секунды есть и другие имена: та же размерность у беккереля для радиоактивного распада и у угловой скорости в радианах в секунду, но это разные величины, и путать их нельзя.
Секунда в минус первой степени стоит за герцем, беккерелем и радианом в секунду, и различить их размерность не поможет — разница в природе процесса. Стандарт ISO 80000-3 разрешает герц только для периодических явлений, ISO 80000-10 закрепляет беккерель за случайными распадами, а угловую частоту предписывает выражать в радианах в секунду именно затем, чтобы множитель два пи не терялся в записи. Формально радиан безразмерен и rad/s можно было бы сократить до s⁻¹, но тогда обороты и колебания стали бы неразличимы на письме.
02 · Пересчёт
Введите частоту — паспорт даст период и длину волны
Частота и период взаимно обратны, поэтому таблица переворачивает величину, а не умножает её. Обороты и удары в минуту — те же циклы, только отнесённые к минуте.
Волновое число в таблице — не частота, а её спектроскопическая замена: обратный сантиметр показывает, сколько длин волн укладывается в сантиметр, и переводится в герцы умножением на скорость света. Химики и спектроскописты пользуются им потому, что число выходит удобным: колебание связи углерод — кислород даёт 1700 обратных сантиметров вместо пятидесяти одного терагерца.
| Единица | Название | Значение | Где встречается |
|---|---|---|---|
| Hz | герц, единица СИ | 50 | физика, техника, музыка |
| kHz | килогерц | 0,05 | звук, длинные волны |
| MHz | мегагерц | 5·10⁻⁵ | радио, тактовые частоты |
| GHz | гигагерц | 5·10⁻⁸ | процессоры, Wi-Fi, радары |
| THz | терагерц | 5·10⁻¹¹ | инфракрасный и видимый свет |
| rad/s | радиан в секунду | 314,16 | механика, теория колебаний |
| c/s | cycles per second | 50 | радиотехника до 1960-х |
| kc/s | килоцикл в секунду | 0,05 | шкалы ламповых приёмников |
| Mc/s | мегацикл в секунду | 5·10⁻⁵ | коротковолновая связь |
| об/мин | оборот в минуту | 3000 | валы, двигатели, диски |
| s | период в секундах | 0,02 | маятники, механика |
| cm⁻¹ | волновое число | 1,668·10⁻⁹ | спектроскопия, химия |
Частота и период взаимно обратны, поэтому таблица переворачивает величину. Радиан в секунду отличается от герца множителем два пи: пятьдесят герц сети — это 314 радиан в секунду
03 · Порядки величин
от орбиты Марса до гамма-квантовОдин герц: пульс в покое, один цикл в секунду
04 · Приборы измерения
Чем измеряют частоту
Считает импульсы за образцовый интервал и делит одно на другое. Точность целиком определяется внутренним кварцем: на секундном интервале прибор не может знать частоту лучше, чем на один отсчёт, поэтому высокие частоты меряют делением, а низкие — измерением периода.
Показывает форму колебания во времени: частоту получают, отсчитав период по клеткам развёртки. Метод грубее счётчика, зато сразу виден сам сигнал — искажения, дребезг и то, что колебание вовсе не одиночное.
Мигает с известной частотой: когда метка на вращающемся теле кажется застывшей, частоты совпали. Способ бесконтактный и потому незаменим для валов и лопаток, но обманчив — колесо замирает и на кратных частотах, и опытный механик всегда проверяет вдвое.
Не измеряет частоту, а задаёт её: охлаждённые атомы цезия подбрасывают через микроволновую полость и подстраивают генератор под резонанс. Именно такие приборы держат мировое время, а оптические стандарты на стронции и иттербии уже точнее их в сотни раз.
05 · Правила записи
Прописная H, строчная z, и никаких «в секунду»
Символ образован от фамилии, поэтому первая буква прописная, а вторая строчная: Hz, а не HZ и не hz. Название единицы в тексте пишется со строчной — герц. Приставки набирают без пробела и в положенном регистре: kHz со строчной k, MHz и GHz с прописной.
Между числом и символом ставится неразрывный пробел. Русское обозначение — Гц, с прописной Г и строчной ц. Кратные приставки идут до экса: килогерц, мегагерц, гигагерц, терагерц, петагерц, эксагерц; последние две встречаются в оптике и рентгеновской физике. Частоту вращения по ISO 80000-3 допустимо выражать в герцах, если считать один оборот циклом, но техника предпочитает обороты в минуту, и смешивать эти записи в одном документе не следует.
06 · Соседние единицы
Три единицы делят с герцем размерность обратной секунды. Различает их не арифметика, а то, что именно повторяется — и повторяется ли вообще.
случайные распады
циклы в секунду
угловая частота
Из паспортов Simetrium к герцу примыкают секунда, обратной величиной которой он является, беккерель той же размерности и другого смысла, радиан с оборотом в минуту для вращения и децибел, которым описывают спад сигнала с частотой.
07 · Исторический раздел
Циклы в секунду, ставшие фамилией
В Карлсруэ он собрал вибратор с искровым промежутком и приёмное кольцо в нескольких метрах от него. Искра в кольце проскакивала в такт разрядам вибратора: волна прошла воздух и была поймана. Длину волны Герц измерил по стоячей картине у стены лаборатории — она оказалась метровой.
Радиотехника полвека писала cycles per second, а на шкалах приёмников стояли килоциклы и мегациклы. Обозначение было прозрачным, но громоздким, и в разных языках выглядело по-разному — общего символа не существовало.
Международная электротехническая комиссия предложила назвать единицу герцем, но привычка держалась крепко: килоциклы исчезли со шкал только к концу шестидесятых, после того как Генеральная конференция включила герц в Международную систему.
Астрономическое определение секунды заменили атомным: частоту перехода в цезии-133 объявили точным числом герц. С этого момента герц перестал быть производным от секунды по существу — скорее наоборот.
Герц считал свои опыты бесполезными
В 1887 году он получил искру в приёмном контуре от разряда в передающем и доказал, что предсказанные Максвеллом электромагнитные волны существуют. На вопрос о применении отвечал, что никакого практического смысла в этом нет — это просто подтверждение теории. Через восемь лет Попов и Маркони начали передавать сигналы, а к тому времени, когда его именем назвали единицу частоты, радио уже связывало континенты. Сегодня в герцах измеряют всё от такта процессора до частоты гравитационных волн.
Каталог · единицы измерения
Паспорт на каждую величину
Семь базовых единиц СИ, двадцать две производные с собственными именами и внесистемные единицы, без которых не обходится ни техника, ни быт. Каждая — отдельный лист: определение, пересчёт, приборы, правила записи. На 10 языках.
Производные СИ с собственным именем
открыт паспорт герцаБазовые единицы СИ
терракотой — секунда, которую герц переворачиваетЧастота в других записях
Язык паспорта
10 языков. Символ Hz международный, а вот частота сети в переводах разная: пятьдесят герц в Европе и Азии, шестьдесят в Америке и Японии — паспорт подставляет местное значение.