Hertz
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: tần số
01 · Định nghĩa
Hertz bắt được sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm và mất năm ba mươi sáu tuổi, chưa kịp thấy chiếc radio nào. Đơn vị tần số mang tên ông ba mươi sáu năm sau khi ông qua đời.
Một hertz là một sự kiện trong một giây. Về hình thức nó chỉ là giây nghịch đảo, nhưng hertz có phạm vi dùng nghiêm ngặt: chỉ các quá trình tuần hoàn, nơi sự kiện lặp lại sau những khoảng bằng nhau. Tim đập với tần số chừng 1 Hz, lưới điện trong ổ cắm dao động ở 50 Hz, nốt la chuẩn là 440 Hz, còn bộ xử lý nhịp ở hàng gigahertz. Giây nghịch đảo còn mang những tên khác: becquerel của phân rã phóng xạ và vận tốc góc tính bằng radian trên giây cũng có cùng thứ nguyên, nhưng đó là những đại lượng khác và không được lẫn lộn.
Giây lũy thừa trừ một đứng sau hertz, becquerel và radian trên giây, và thứ nguyên chẳng giúp phân biệt chúng — khác biệt nằm ở bản chất của quá trình. ISO 80000-3 chỉ cho phép hertz với hiện tượng tuần hoàn, ISO 80000-10 dành becquerel cho phân rã ngẫu nhiên, còn tần số góc thì buộc ghi bằng radian trên giây chính là để thừa số hai pi không mất đi trong cách viết. Về hình thức radian không có thứ nguyên và rad/s có thể rút thành s⁻¹, nhưng khi ấy vòng quay và dao động sẽ không còn phân biệt được trên giấy.
02 · Quy đổi
Nhập tần số — phiếu sẽ cho chu kỳ và bước sóng
Tần số và chu kỳ nghịch đảo lẫn nhau, nên bảng lật ngược đại lượng chứ không nhân nó lên. Vòng và nhịp mỗi phút vẫn là những chu trình ấy, chỉ tính theo phút.
Số sóng trong bảng không phải tần số mà là kẻ thay thế của nó trong quang phổ học: centimét nghịch đảo cho biết có bao nhiêu bước sóng lọt vào một centimét, và đổi sang hertz bằng cách nhân với tốc độ ánh sáng. Các nhà hóa học và quang phổ học dùng nó vì con số ra tiện: dao động của liên kết cacbon-oxy cho 1700 centimét nghịch đảo thay vì năm mươi mốt terahertz.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| Hz | hertz, đơn vị SI | 50 | vật lý, kỹ thuật, âm nhạc |
| kHz | kilohertz | 0,05 | âm thanh, sóng dài |
| MHz | megahertz | 5·10⁻⁵ | vô tuyến, tần số nhịp |
| GHz | gigahertz | 5·10⁻⁸ | bộ xử lý, Wi-Fi, radar |
| THz | terahertz | 5·10⁻¹¹ | hồng ngoại và ánh sáng thấy được |
| rad/s | radian trên giây | 314,16 | cơ học, lý thuyết dao động |
| c/s | cycles per second | 50 | kỹ thuật vô tuyến trước những năm 1960 |
| kc/s | kilochu trình mỗi giây | 0,05 | mặt số của máy thu đèn điện tử |
| Mc/s | megachu trình mỗi giây | 5·10⁻⁵ | liên lạc sóng ngắn |
| vòng/phút | vòng mỗi phút | 3000 | trục, động cơ, đĩa |
| s | chu kỳ tính bằng giây | 0,02 | con lắc, cơ học |
| cm⁻¹ | số sóng | 1,668·10⁻⁹ | quang phổ học, hóa học |
Tần số và chu kỳ nghịch đảo lẫn nhau, nên bảng lật ngược đại lượng. Radian trên giây khác hertz một thừa số hai pi: năm mươi hertz của lưới điện là 314 radian trên giây
03 · Bậc độ lớn
từ quỹ đạo Sao Hỏa đến lượng tử gammaMột hertz: mạch lúc nghỉ, một chu trình mỗi giây
04 · Dụng cụ đo
Đo tần số bằng gì
Nó đếm xung trong một khoảng chuẩn rồi lấy cái này chia cho cái kia. Độ chính xác hoàn toàn nằm ở tinh thể bên trong: với cổng một giây, máy không thể biết tần số tốt hơn một lần đếm, vì vậy tần số cao được đo bằng cách chia, còn tần số thấp bằng cách đo chu kỳ.
Nó cho thấy hình dạng dao động theo thời gian: đếm chu kỳ trên các ô của trục quét là ra tần số. Cách này thô hơn máy đếm, bù lại thấy được chính tín hiệu — méo, rung và cả việc dao động vốn chẳng phải chỉ có một.
Nó chớp với tần số đã biết: khi dấu trên vật đang quay trông như đứng yên, hai tần số đã trùng nhau. Cách này không chạm vào gì nên không thể thay thế với trục và cánh, nhưng nó đánh lừa — bánh xe cũng đứng yên ở các bội số, và người thợ lành nghề bao giờ cũng kiểm lại ở tần số gấp đôi.
Nó không đo tần số mà ấn định tần số: các nguyên tử caesi đã làm lạnh được tung qua hốc vi ba, rồi bộ dao động được chỉnh vào cộng hưởng. Chính những máy như vậy giữ giờ thế giới, trong khi các chuẩn quang trên stronti và ytterbi đã chính xác hơn chúng hàng trăm lần.
05 · Quy tắc viết
H hoa, z thường, và không có “trên giây”
Ký hiệu bắt nguồn từ một họ người nên chữ đầu viết hoa, chữ sau viết thường: Hz, không phải HZ cũng không phải hz. Tên đơn vị trong văn bản viết thường — hertz. Tiền tố đặt liền không cách và đúng kiểu chữ: kHz với k nhỏ, MHz và GHz với chữ hoa.
Giữa số và ký hiệu đặt một khoảng trắng không ngắt dòng. Ký hiệu tiếng Nga là Гц, với Г hoa và ц thường. Các tiền tố bội đi tới exa: kilohertz, megahertz, gigahertz, terahertz, petahertz, exahertz; hai cái cuối gặp trong quang học và vật lý tia X. Theo ISO 80000-3, tần số quay có thể ghi bằng hertz nếu coi một vòng là một chu trình, nhưng kỹ thuật chuộng vòng mỗi phút, và không nên trộn hai cách viết trong cùng một tài liệu.
06 · Các đơn vị lân cận
Ba đơn vị chia với hertz thứ nguyên của giây nghịch đảo. Cái phân biệt chúng không phải phép tính mà là cái gì lặp lại — và liệu có lặp lại hay không.
phân rã ngẫu nhiên
chu trình mỗi giây
tần số góc
Trong các phiếu của Simetrium đứng kề hertz giây, mà nó là nghịch đảo, becơren cùng thứ nguyên mà khác nghĩa, radian s dưới dạng vòng mỗi phút cho chuyển động quay, và decibel, dùng để mô tả tín hiệu suy giảm theo tần số.
07 · Phần lịch sử
Những chu trình mỗi giây đã thành một họ người
Ở Karlsruhe ông dựng một bộ dao động có khe phóng điện và một vòng thu cách đó vài mét. Trong vòng, tia lửa nảy đúng nhịp những lần phóng điện của bộ dao động: sóng đã băng qua không khí và bị bắt lại. Bước sóng thì Hertz đo theo hình sóng dừng bên tường phòng thí nghiệm — nó vào khoảng một mét.
Nửa thế kỷ kỹ thuật vô tuyến viết cycles per second, còn trên mặt số máy thu là kilochu trình và megachu trình. Cách ghi ấy trong suốt nhưng cồng kềnh, và mỗi thứ tiếng lại một dáng vẻ — không hề có ký hiệu chung.
Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế đề nghị gọi đơn vị này là hertz, nhưng thói quen bám rất chặt: kilochu trình chỉ biến khỏi mặt số vào cuối những năm sáu mươi, sau khi Hội nghị toàn thể đưa hertz vào Hệ đo lường quốc tế.
Định nghĩa thiên văn của giây được thay bằng định nghĩa nguyên tử: tần số chuyển mức trong caesi-133 được tuyên bố là một số hertz chính xác. Từ khoảnh khắc ấy, xét về bản chất hertz thôi còn là dẫn xuất của giây — đúng hơn là ngược lại.
Hertz cho rằng thí nghiệm của mình vô ích
Năm 1887 ông thu được tia lửa trong mạch nhận từ lần phóng điện ở mạch phát và chứng minh rằng sóng điện từ mà Maxwell tiên đoán là có thật. Khi được hỏi về công dụng, ông đáp rằng chẳng có ý nghĩa thực tiễn nào cả — đó chỉ là một xác nhận cho lý thuyết. Tám năm sau Popov và Marconi bắt đầu phát tín hiệu, và đến lúc đơn vị tần số mang tên ông thì radio đã nối liền các châu lục. Ngày nay người ta đo mọi thứ bằng hertz, từ nhịp của bộ xử lý đến tần số của sóng hấp dẫn.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 28 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
phiếu của hertz đang mởĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — giây, cái mà hertz lật ngược lạiTần số trong những cách viết khác
Ngôn ngữ của phiếu
28 ngôn ngữ. Ký hiệu Hz mang tính quốc tế, còn tần số lưới điện thì không: năm mươi hertz ở châu Âu và châu Á, sáu mươi ở châu Mỹ và Nhật Bản — phiếu điền giá trị địa phương.