Hertz -Hertz

Hertz
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Von oben nach unten: Lichter blinken mit Frequenzen f =0,5Hz ,1,0Hz und2,0Hz ; das heißt, bei 0,5, 1,0 bzw. 2,0 Blitzen pro Sekunde. Die Zeit zwischen jedem Blitz – die Periode  T  – ist gegeben durch 1f (der Kehrwert von f  ); das heißt, 2, 1 bzw. 0,5 Sekunden.
allgemeine Informationen
Einheitssystem SI
Einheit von Frequenz
Symbol Hertz
Benannt nach Heinrich Herz
In SI-Basiseinheiten s –1

Das Hertz (Symbol: Hz ) ist die Frequenzeinheit im Internationalen Einheitensystem (SI), die einem Ereignis (oder Zyklus ) pro Sekunde entspricht . Das Hertz ist eine abgeleitete SI-Einheit , deren Ausdruck in Bezug auf SI-Basiseinheiten s −1 ist , was bedeutet, dass ein Hertz der Kehrwert einer Sekunde ist. Benannt ist es nach Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894), dem ersten schlüssigen Beweis für die Existenz elektromagnetischer Wellen . Hertz wird üblicherweise in Vielfachen ausgedrückt : Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz), Gigahertz (GHz), Terahertz (THz).

Einige der häufigsten Anwendungen des Geräts liegen in der Beschreibung von periodischen Wellenformen und Musiktönen , insbesondere solchen, die in Radio- und audiobezogenen Anwendungen verwendet werden. Es wird auch verwendet, um die Taktraten zu beschreiben , mit denen Computer und andere Elektronik betrieben werden. Die Einheiten werden manchmal auch als Darstellung der Energie eines Photons über die Planck-Beziehung E  =  verwendet , wobei E die Energie des Photons, ν seine Frequenz und h die Planck-Konstante ist .

Definition

Das Hertz entspricht einem Zyklus pro Sekunde . Das Internationale Komitee für Maß und Gewicht definierte die zweite als „die Dauer von9 192 631 770 Perioden der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsium -133-Atoms entsprechen" und fügt dann hinzu: "Daraus folgt, dass die Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Cäsium-133-Atoms exakt ist9 192 631 770  Hertz , ν hfs Cs =9 192 631 770  Hz .“ Die Dimension der Einheit Hertz ist 1/Zeit (T −1 ). Ausgedrückt in Basis-SI-Einheiten ist die Einheit die reziproke Sekunde (1/s).

Im Englischen wird „Hertz“ auch als Pluralform verwendet. Als SI-Einheit kann Hz vorangestellt werden ; gebräuchliche Vielfache sind kHz (Kilohertz,10 3  Hz ), MHz (Megahertz,10 6  Hz ), GHz (Gigahertz,10 9  Hz ) und THz (Terahertz,10 12  Hz ). Ein Hertz bedeutet einfach "ein Ereignis pro Sekunde" (wobei das gezählte Ereignis ein vollständiger Zyklus sein kann);100 Hz bedeutet „einhundert Ereignisse pro Sekunde“ und so weiter. Die Einheit kann auf jedes periodische Ereignis angewendet werden – zum Beispiel könnte gesagt werden, dass eine Uhr tickt1 Hz , oder man könnte sagen, dass ein menschliches Herz schlägt1,2 Hertz .

Die Häufigkeit des Auftretens von aperiodischen oder stochastischen Ereignissen wird allgemein in reziproken Sekunden oder inversen Sekunden (1/s oder s −1 ) oder im speziellen Fall der Radioaktivität in Becquerel ausgedrückt . Wohingegen1 Hz ist ein Zyklus (oder periodisches Ereignis) pro Sekunde,1 Bq ist im Durchschnitt ein Radionuklidereignis pro Sekunde.

Obwohl Frequenz, Winkelgeschwindigkeit , Kreisfrequenz und Radioaktivität alle die Dimension T –1 haben , wird hiervon nur die Frequenz in der Einheit Hertz ausgedrückt. So soll eine Scheibe, die sich mit 60 Umdrehungen pro Minute (U/min) dreht, eine Winkelgeschwindigkeit von 2 π  rad/s und eine Rotationsfrequenz von haben1 Hertz . Die Entsprechung zwischen einer Frequenz f mit der Einheit Hertz und einer Winkelgeschwindigkeit ω mit der Einheit Radiant pro Sekunde ist

Und

Das Hertz ist nach Heinrich Hertz benannt . Wie bei jeder nach einer Person benannten SI- Einheit beginnt ihr Symbol mit einem Großbuchstaben (Hz), aber wenn es vollständig geschrieben wird, folgt es den Regeln für die Großschreibung eines gebräuchlichen Substantivs ; dh „ Hertz “ wird am Anfang eines Satzes und in Titeln großgeschrieben, ansonsten klein geschrieben.

Geschichte

Das Hertz ist nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz (1857–1894) benannt, der wichtige wissenschaftliche Beiträge zum Studium des Elektromagnetismus geleistet hat . Der Name wurde 1935 von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) festgelegt. Er wurde 1960 von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) ( Conférence générale des poids et mesures ) angenommen und ersetzte den früheren Namen für die Einheit „Zyklen“. pro Sekunde“ (cps), zusammen mit den zugehörigen Vielfachen, hauptsächlich „Kilozyklen pro Sekunde“ (kc/s) und „Megazyklen pro Sekunde“ (Mc/s) und gelegentlich „Kilomegazyklen pro Sekunde“ (kMc/s). Der Begriff "Zyklen pro Sekunde" wurde in den 1970er Jahren weitgehend durch "Hertz" ersetzt.

Bei einigen Verwendungen wurde das „pro Sekunde“ weggelassen, sodass „Megazyklen“ (Mc) als Abkürzung für „Megazyklen pro Sekunde“ (d. h. Megahertz (MHz)) verwendet wurde.

Anwendungen

Eine Sinuswelle mit unterschiedlicher Frequenz
Ein Herzschlag ist ein Beispiel für ein nicht sinusförmiges periodisches Phänomen, das hinsichtlich der Frequenz analysiert werden kann. Zwei Zyklen sind dargestellt.

Schall und Vibration

Schall ist eine wandernde Longitudinalwelle , die eine Druckschwingung ist . Menschen nehmen die Frequenz eines Tons als seine Tonhöhe wahr . Jede Musiknote entspricht einer bestimmten Frequenz. Das Ohr eines Säuglings kann Frequenzen im Bereich von wahrnehmen20Hz zu20 000Hz ;  _ der durchschnittliche erwachsene Mensch kann Geräusche dazwischen hören20 Hz und16 000  Hertz . Der Bereich von Ultraschall , Infraschall und anderen physikalischen Schwingungen wie Molekül- und Atomschwingungen reicht von wenigen Femtohertz bis in den Terahertz- Bereich und darüber hinaus.

Elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung wird oft durch ihre Frequenz – die Anzahl der Schwingungen der senkrecht zueinander stehenden elektrischen und magnetischen Felder pro Sekunde – in Hertz ausgedrückt.

Hochfrequenzstrahlung wird normalerweise in Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz) gemessen. Licht ist eine noch höherfrequente elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen im Bereich von einigen zehn ( Infrarot ) bis zu Tausenden ( Ultraviolett ) Terahertz. Elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen im niedrigen Terahertz-Bereich (zwischen denen der höchsten normalerweise nutzbaren Funkfrequenzen und dem langwelligen Infrarotlicht) wird oft als Terahertz-Strahlung bezeichnet . Es gibt noch höhere Frequenzen, wie die von Gammastrahlen , die in Exahertz (EHz) gemessen werden können. (Aus historischen Gründen werden die Frequenzen von Licht und höherfrequenter elektromagnetischer Strahlung häufiger in Bezug auf ihre Wellenlängen oder Photonenenergien angegeben : für eine detailliertere Behandlung dieses und der oben genannten Frequenzbereiche siehe Elektromagnetisches Spektrum .)

Computers

In Computern werden die meisten Zentraleinheiten (CPU) mit ihrer Taktrate bezeichnet, die in Megahertz ( MHz ) oder Gigahertz ( GHz ) ausgedrückt wird. Diese Angabe bezieht sich auf die Frequenz des Haupttaktsignals der CPU . Dieses Signal ist nominell eine Rechteckwelle , bei der es sich um eine elektrische Spannung handelt, die in regelmäßigen Abständen zwischen niedrigen und hohen Logikpegeln wechselt. Da das Hertz zur primären Maßeinheit geworden ist, die von der allgemeinen Bevölkerung akzeptiert wird, um die Leistung einer CPU zu bestimmen, haben viele Experten diesen Ansatz kritisiert, der ihrer Meinung nach ein leicht manipulierbarer Maßstab ist . Einige Prozessoren verwenden mehrere Taktzyklen, um eine einzelne Operation auszuführen, während andere mehrere Operationen in einem einzigen Zyklus ausführen können. Bei PCs liegen die CPU-Taktraten zwischen ca1 MHz in den späten 1970er Jahren ( Atari , Commodore , Apple-Computer ) bis zu6 GHz in IBM Power Mikroprozessoren .

Verschiedene Computerbusse , wie der Front-Side-Bus, der CPU und Northbridge verbindet , arbeiten ebenfalls mit verschiedenen Frequenzen im Megahertz-Bereich.

SI-Vielfache

SI-Vielfache von Hertz (Hz)
Teiler Vielfache
Wert SI-Symbol Name Wert SI-Symbol Name
10 –1  Hz dHz Dezihertz 10 1Hz  _ daHz Dekahertz
10 –2  Hz Hz Zentihertz 10 2Hz  _ Hz Hektohertz
10 –3  Hz MHz Millihertz 10 3Hz  _ kHz Kilohertz
10 –6  Hz µHz Mikrohertz 10 6Hz  _ MHz Megahertz
10 – 9  Hz nHz Nanohertz 10 9Hz  _ GHz Gigahertz
10–12  Hz _ pHz Pikohertz 10 12  Hertz THz Terahertz
10–15  Hz _ fHz Femtohertz 10 15  Hertz Phz Petahertz
10–18  Hz _ aHz attohertz 10 18  Hertz EZ Exahertz
10–21  Hz _ zHz zeptohertz 10 21  Hertz ZHz Zettahertz
10 −24  Hz yHz Yoktohertz 10 24Hz  _ YHz Yottahertz
10–27  Hz _ rHz Rontohertz 10 27  Hertz HF Ronnahertz
10–30  Hz _ qHz Quektohertz 10 30  Hertz QHz Quettahertz
Gängige vorangestellte Einheiten sind fett gedruckt.

Es wird angenommen , dass höhere Frequenzen als das Internationale Einheitensystem Präfixe vorsieht, natürlicherweise in den Frequenzen der quantenmechanischen Schwingungen massiver Teilchen vorkommen, obwohl diese nicht direkt beobachtbar sind und durch andere Phänomene gefolgert werden müssen. Konventionsgemäß werden diese typischerweise nicht in Hertz ausgedrückt, sondern in Bezug auf die äquivalente Energie, die durch den Faktor der Planck-Konstante proportional zur Frequenz ist .

Unicode

Der CJK-Kompatibilitätsblock in Unicode enthält Zeichen für gängige SI-Einheiten für die Frequenz. Diese sind für die Kompatibilität mit ostasiatischen Zeichencodierungen gedacht und nicht für die Verwendung in neuen Dokumenten (von denen erwartet wird, dass sie lateinische Buchstaben verwenden, z. B. "MHz").

  • U+3390 SQUARE HZ
  • U+3391 SQUARE KHZ
  • U+3392 ㎒QUADRATISCHE MHZ
  • U+3393 QUADRATISCHES GHZ
  • U+3394 SQUARE THZ

Siehe auch

Anmerkungen und Referenzen

Externe Links