Zawartość
- Powstanie jednostki Hertza
- Dlaczego energia elektryczna wytwarzana jest cyklicznie?
- Jednostka Hertza w promieniowaniu elektromagnetycznym
Słyszysz termin herc w elektryczności, a także omawiając transmisję fal elektromagnetycznych - których przykładami są fale świetlne i radiowe - oraz prędkość procesorów komputerowych. Wspólnym czynnikiem wszystkich tych zjawisk jest to, że wiążą się one z pewnym typem oscylacji, a jednostka hercowa służy do pomiaru częstotliwości tych oscylacji. Ma proste znaczenie. Jeden herc to po prostu jeden cykl na sekundę. Zazwyczaj jest napisany w skrócie, czyli Hz. Dlatego zamiast pisać 100 cykli na sekundę, naukowcy piszą 100 Hz.
Energia elektryczna zasilająca domy na całym świecie jest znana jako prąd przemienny - prąd przemienny - elektryczność. Zamiast płynąć bezpośrednio między parą zacisków, prąd przemienny oscyluje, a liczbę cykli na sekundę wyraża się w hercach. Częstotliwość generowanej energii elektrycznej nie jest taka sama w każdym kraju, ale w całej Ameryce Północnej jest równa 60 Hz. Zasadniczo energia elektromagnetyczna składa się z fal oscylacyjnych, a częstotliwość oscylacji wyrażona w Hz określa charakterystykę promieniowania.
Powstanie jednostki Hertza
Nazwa herca pochodzi od Heinricha Hertza (1857–1894), niemieckiego fizyka, któremu przypisano wykazanie istnienia promieniowania elektromagnetycznego. Jego odkrycia potwierdziły teorie ustanowione przez Jamesa Clerk Maxwella i przedstawione w czterech słynnych równaniach, które wykazały, że światło i ciepło są zjawiskami elektromagnetycznymi.
Po drodze Hertz był również pierwszym badaczem, który potwierdził istnienie efektu fotoelektrycznego i pierwszym, który wykrył fale radiowe. Nie był to praktyczny człowiek, Hertz nie wierzył, że te osiągnięcia przydadzą się na świecie, ale tak naprawdę położył podwaliny pod współczesną erę łączności bezprzewodowej. Za wszystkie swoje osiągnięcia świat naukowy uhonorował Hertza w 1930 r., Nazywając jego jednostkę częstotliwości.
Dlaczego energia elektryczna wytwarzana jest cyklicznie?
Elektrownie na całym świecie wytwarzają energię elektryczną za pomocą indukcji elektromagnetycznej, zjawiska odkrytego przez fizyka Michaela Faradaya i badanego przez fizyków w XIX wieku. Podstawą tego zjawiska jest to, że zmieniające się pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny w przewodniku. Stacje wytwarzające wykorzystują tę zasadę, wykorzystując parę do obracania dużej cewki przewodzącej w silnym polu magnetycznym. Z powodu obrotu cewki generowana energia elektryczna zmienia biegunowość przy każdym obrocie cewki. Znany jest jako prąd przemienny, a częstotliwość przesunięcia biegunowości, mierzona w Hz, zależy od prędkości obrotowej turbiny.
Północnoamerykański standard 60 Hz wraca do Nikoli Tesli, która zaprojektowała pierwszą elektrownię wodospadu Niagara. Tesla odkrył, że 60 Hz jest najbardziej wydajną częstotliwością do dystrybucji energii wzdłuż linii energetycznych. W Europie i częściach Azji, gdzie standardowa częstotliwość prądu przemiennego wynosi 50 Hz, przesył energii elektrycznej jest o 15 do 20 procent mniej efektywny.
Jednostka Hertza w promieniowaniu elektromagnetycznym
W każdym rodzaju zjawiska falowego częstotliwość i długość fali są wielkościami wzajemnymi. Ponieważ całe promieniowanie elektromagnetyczne przemieszcza się z tą samą prędkością - prędkością światła - częstotliwość promieniowania spada wraz ze wzrostem długości fali. Opracowując koncepcje fizyki kwantowej, Max Planck odkrył, że energia (mi) falowego pakietu światła - kwantowego - jest proporcjonalna do jego częstotliwości (fa). Równanie to mi = hf, gdzie h jest stała Plancka.
Promieniowanie o największej energii to promieniowanie o najwyższej częstotliwości i często mierzone w megahercach (106 Hz), gigaherc (109 Hz) aż do peta hertz (1015 Hz). Promieniowanie o częstotliwościach w zakresie petahercowym może istnieć w rdzeniach czarnych dziur i kwazarów, ale nie w codziennym ziemskim świecie ludzi.