Obsah
- Pôvod Hertzovej jednotky
- Prečo je generovaná elektrina cyklická?
- Hertzova jednotka v elektromagnetickom žiarení
Počujete výraz hertz v elektrine, ako aj pri diskusii o prenose elektromagnetických vĺn - ktorých príkladom sú svetelné a rádiové vlny - a rýchlosti počítačových procesorov. Spoločným faktorom vo všetkých týchto javoch je to, že zahŕňajú určitý typ kmitania a hertzova jednotka sa používa na meranie frekvencie týchto kmitov. Má jednoduchý význam. Jeden hertz je jednoducho jeden cyklus za sekundu. Zvyčajne je písaný v skrátenej forme, čo je Hz. Preto namiesto písania 100 cyklov za sekundu vedci píšu 100 Hz.
Elektrina, ktorá poháňa domácnosti na celom svete, sa nazýva elektrina striedavého prúdu striedavého prúdu. Skôr než prúdi priamo medzi párom terminálov, striedavý prúd osciluje a počet cyklov za sekundu sa vyjadruje v hertzoch. Frekvencia vyrobenej elektriny nie je v každej krajine rovnaká, ale v celej Severnej Amerike je to jednotná frekvencia 60 Hz. Elektromagnetická energia vo všeobecnosti pozostáva z kmitajúcich kmitov a frekvencia kmitov, vyjadrená v Hz, určuje charakteristiky žiarenia.
Pôvod Hertzovej jednotky
Hertz je pomenovaný po Heinrichovi Hertzovi (1857 - 1894), nemeckom fyzikovi, ktorého uznanie preukázalo existenciu elektromagnetického žiarenia. Jeho objavy potvrdili teórie zavedené Jamesom Clerk Maxwellom a rozmiestnili sa v štyroch známych rovniciach, ktoré potvrdili, že svetlo a teplo sú elektromagnetické javy.
Po ceste bol Hertz tiež prvým výskumníkom, ktorý potvrdil existenciu fotoelektrického efektu a prvým, ktorý zistil rádiové vlny. Hertz nebol praktický človek a neveril, že by tieto úspechy mali vo svete žiadne využitie, ale v skutočnosti položili základy modernému bezdrôtovému veku. Vedecký svet pre všetky svoje úspechy ocenil Hertza v roku 1930 pomenovaním frekvenčnej jednotky po ňom.
Prečo je generovaná elektrina cyklická?
Elektrárne na celom svete vyrábajú elektrinu elektromagnetickou indukciou, jav, ktorý objavil fyzik Michael Faraday a ktorý fyzici študovali v priebehu 19. storočia. Základom tohto javu je to, že meniace sa magnetické pole indukuje elektrický prúd vo vodiči. Výrobné stanice využívajú tento princíp pomocou pary na rotáciu veľkej vodivej cievky v silnom magnetickom poli. Vďaka rotácii cievky mení generovaná elektrina polaritu pri každej rotácii cievky. Je známy ako striedavý prúd a frekvencia posunu polarity, meraná v Hz, závisí od rýchlosti otáčania turbíny.
Severoamerický štandard 60 Hz sa vracia k Nikola Teslovi, ktorý navrhol prvú elektráreň v Niagarských vodopádoch. Tesla zistil, že 60 Hz je najúčinnejšou frekvenciou na distribúciu energie pozdĺž elektrických vedení. V Európe a častiach Ázie, kde je štandardná frekvencia striedavého prúdu 50 Hz, je prenos elektrickej energie o 15 až 20 percent menej efektívny.
Hertzova jednotka v elektromagnetickom žiarení
V akomkoľvek type vlnového javu sú frekvencia a vlnová dĺžka recipročné veličiny. Pretože všetko elektromagnetické žiarenie cestuje rovnakou rýchlosťou - rýchlosťou svetla -, frekvencia žiarenia klesá s rastúcou vlnovou dĺžkou. Pri vývoji konceptov kvantovej fyziky Max Planck zistil, že energia (E) vlnového paketu svetla - kvantovej - je úmerný jeho frekvencii (F). Rovnica je E = hf, kde hod je Plancks konštantný.
Žiarenie s najvyššou energiou je žiarenie s najvyššou frekvenciou a často sa meria v megahertzoch (106 Hz), gigahertz (109 Hz) až po peta hertz (1015 Hz). Žiarenie s frekvenciami v petahertzovom pásme sa môže vyskytovať v jadrách čiernych dier a kvázarov, ale nie v každodennom pozemskom svete ľudí.