Innhold
- Opprinnelsen til Hertz-enheten
- Hvorfor er generert elektrisitet syklisk?
- Hertz-enheten i elektromagnetisk stråling
Du hører begrepet hertz i elektrisitet så vel som når du diskuterer overføring av elektromagnetiske bølger - hvorav lys- og radiobølger er eksempler - og hastigheten til datamaskinprosessorer. Den vanlige faktoren i alle disse fenomenene er at de involverer en eller annen type svingning, og hertz-enheten brukes til å måle frekvensen til disse svingningene. Det har en enkel betydning. En hertz er ganske enkelt en syklus per sekund. Det er vanligvis skrevet i sin forkortede form, som er Hz. I stedet for å skrive 100 sykluser i sekundet, skriver forskere 100 Hz.
Elektrisiteten som driver hjem over hele verden er kjent som vekselstrøm - vekselstrøm. I stedet for å flyte direkte mellom et par terminaler, svinger vekselstrøm, og antall sykluser per sekund, uttrykt som hertz. Frekvensen av generert elektrisitet er ikke den samme i alle land, men det er en enhetlig 60 Hz i hele Nord-Amerika. Generelt består elektromagnetisk energi av svingende bølgeformer, og frekvensen av svingningene, uttrykt som Hz, bestemmer egenskapene til strålingen.
Opprinnelsen til Hertz-enheten
Hertz er oppkalt etter Heinrich Hertz (1857–1894), en tysk fysiker med kreditering for å demonstrere eksistensen av elektromagnetisk stråling. Hans funn bekreftet teoriene etablert av James Clerk Maxwell og lagt ut i de fire berømte likningene som slo fast at lys og varme er elektromagnetiske fenomener.
Underveis var Hertz også den første forskeren som bekreftet eksistensen av den fotoelektriske effekten og den første som oppdaget radiobølger. Ikke en praktisk mann, Hertz trodde ikke at disse prestasjonene ville ha noe bruk i verden, men faktisk la de grunnlaget for den moderne trådløse tiden. For alle sine prestasjoner, hedret den vitenskapelige verden Hertz i 1930 ved å navngi frekvensenheten etter ham.
Hvorfor er generert elektrisitet syklisk?
Kraftstasjoner rundt om i verden genererer strøm ved elektromagnetisk induksjon, et fenomen oppdaget av fysiker Michael Faraday og studert av fysikere gjennom hele 1800-tallet. Grunnlaget for dette fenomenet er at en skiftende magnetisk innføring induserer en elektrisk strøm i en leder. Generasjonsstasjoner benytter seg av dette prinsippet ved å bruke damp for å rotere en stor ledende spole i et sterkt magnetfelt. På grunn av rotasjonen av spolen, endrer den genererte elektrisiteten polaritet med hver rotasjon av spolen. Det er kjent som vekselstrøm, og frekvensen av polaritetsskiftet, målt i Hz, avhenger av turbinens rotasjonshastighet.
Den nordamerikanske standarden på 60 Hz går tilbake til Nikola Tesla, som konstruerte den første elektriske kraftstasjonen ved Niagara Falls. Tesla oppdaget at 60 Hz var den mest effektive frekvensen for energifordeling langs kraftledninger. I Europa og deler av Asia, der standardfrekvensen for vekselstrøm er 50 Hz, er kraftoverføringen 15 til 20 prosent mindre effektiv.
Hertz-enheten i elektromagnetisk stråling
I alle typer bølgefenomener er frekvens og bølgelengde gjensidige mengder. Fordi all elektromagnetisk stråling beveger seg med samme hastighet - lysets hastighet - går frekvensen av strålingen ned når bølgelengden går opp. Da han utviklet konseptene bak kvantefysikk, oppdaget Max Planck at energien (E) av en bølgepakke med lys - et kvantum - er proporsjonalt med frekvensen (f). Ligningen er E = hf, hvor h er Plancks konstant.
Strålingen med den høyeste energien er den med den høyeste frekvensen, og den måles ofte i megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) helt opp til peta hertz (1015 Hz). Stråling med frekvenser i petahertz-området kan eksistere i kjernen av sorte hull og kvasarer, men ikke i den daglige bakkenes verden av mennesker.