Герц (символ: Гц ) — единица частоты в Международной системе единиц (СИ), часто описываемая как эквивалент одного события (или цикла ) в секунду . [1] [a] Герц — производная единица СИ , формальное выражение которой в терминах основных единиц СИ — с −1 , что означает, что один герц равен одному в секунду или обратной величине одной секунды . [2] Она используется только в случае периодических событий. Она названа в честь Генриха Рудольфа Герца (1857–1894), первого человека, предоставившего убедительное доказательство существования электромагнитных волн . Для высоких частот единица обычно выражается кратными : килогерц (кГц), мегагерц (МГц), гигагерц (ГГц), терагерц (ТГц).
Некоторые из наиболее распространенных применений единицы измерения — описание периодических волновых форм и музыкальных тонов , особенно тех, которые используются в радио- и аудиоприложениях. Она также используется для описания тактовых частот , с которыми работают компьютеры и другая электроника. Иногда единицы измерения также используются для представления энергии фотона через соотношение Планка E = hν , где E — энергия фотона, ν — его частота, а h — постоянная Планка .
Герц определяется как один в секунду для периодических событий. Международный комитет мер и весов определил секунду как «продолжительность9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия -133" [3] [4] и затем добавляет: "Из этого следует, что сверхтонкое расщепление в основном состоянии атома цезия-133 в точности равно9 192 631 770 герц , ν hfs Cs =9 192 631 770 Гц . Размерность единицы герц составляет 1/время (T −1 ). Выраженная в основных единицах СИ, единица является обратной секундой (1/с).
В английском языке «hertz» также используется как форма множественного числа. [5] Как единица СИ, Гц может иметь префикс ; обычно используемые кратные значения — кГц (килогерц,10 3 Гц ), МГц (мегагерц,10 6 Гц ), ГГц (гигагерц,10 9 Гц ) и ТГц (терагерц,10 12 Гц ). Один герц (т. е. один в секунду) просто означает «одно периодическое событие происходит в секунду» (где подсчитываемое событие может быть полным циклом);100 Гц означает «сто периодических событий происходят в секунду» и т. д. Единица может быть применена к любому периодическому событию, например, можно сказать, что часы тикают с частотой1 Гц , или можно сказать, что человеческое сердце бьется с частотой1,2 Гц .
Частота возникновения апериодических или стохастических событий выражается в обратной секунде (1/с или с −1 ) в общем случае или, в конкретном случае радиоактивности , в беккерелях . [b] Принимая во внимание, что1 Гц (один в секунду) конкретно относится к одному циклу (или периодическому событию) в секунду,1 Бк (также один в секунду) в среднем относится к одному радионуклидному событию в секунду.
Хотя частота, угловая скорость , угловая частота и радиоактивность имеют размерность T −1 , из них только частота выражается с использованием единицы герц. [7] Таким образом, говорят, что диск, вращающийся со скоростью 60 оборотов в минуту (об/мин), имеет угловую скорость 2π рад /с и частоту вращения1 Гц . Соответствие между частотой f с единицей герц и угловой скоростью ω с единицей радиан в секунду равно
Герц назван в честь Генриха Герца . Как и каждая единица СИ , названная в честь человека, ее обозначение начинается с заглавной буквы (Гц), но при написании полностью она следует правилам написания заглавных букв нарицательных существительных ; то есть герц пишется с заглавной буквы в начале предложения и в заголовках, но в остальном пишется строчной буквой.
Герц назван в честь немецкого физика Генриха Герца (1857–1894), который внес важный научный вклад в изучение электромагнетизма . Название было установлено Международной электротехнической комиссией (МЭК) в 1935 году. [8] Оно было принято Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) ( Conférence générale des poids et mesures ) в 1960 году, заменив предыдущее название единицы «циклы в секунду» (cps), вместе с соответствующими кратными, в первую очередь «килоциклы в секунду» (kc/s) и «мегациклы в секунду» (Mc/s), а иногда и «киломегациклы в секунду» (kMc/s). Термин «циклы в секунду» был в значительной степени заменен на «герц» к 1970-м годам. [9] [ failed verification ]
В некоторых случаях слово «в секунду» опускалось, поэтому «мегациклы» (Mc) использовались как сокращение от «мегациклов в секунду» (то есть мегагерц (МГц)). [10]
Звук — это бегущая продольная волна , которая представляет собой колебание давления . Люди воспринимают частоту звука как его высоту . Каждая музыкальная нота соответствует определенной частоте. Ухо младенца способно воспринимать частоты в диапазоне от20 Гц до20 000 Гц ; среднестатистический взрослый человек может слышать звуки между20 Гц и16 000 Гц . [11] Диапазон ультразвука , инфразвука и других физических колебаний, таких как молекулярные и атомные колебания, простирается от нескольких фемтогерц [12] до терагерцового диапазона [c] и выше. [12]
Электромагнитное излучение часто описывают его частотой — числом колебаний перпендикулярных электрических и магнитных полей в секунду, — выраженным в герцах.
Радиочастотное излучение обычно измеряется в килогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц). причем последнее известно как микроволны . Свет — это электромагнитное излучение, которое имеет еще более высокую частоту и имеет частоты в диапазоне от десятков терагерц (ТГц, инфракрасный ) до нескольких петагерц (ПГц, ультрафиолетовый ), при этом видимый спектр составляет 400–790 ТГц. Электромагнитное излучение с частотами в нижнем терагерцовом диапазоне (промежуточном между частотами самых высоких обычно используемых радиочастот и длинноволновым инфракрасным светом) часто называют терагерцовым излучением . Существуют даже более высокие частоты, такие как частота рентгеновских лучей и гамма-лучей , которые можно измерить в эксагерцах (ЭГц).
По историческим причинам частоты света и более высокочастотного электромагнитного излучения чаще всего определяются в терминах их длин волн или энергий фотонов : для более подробного рассмотрения этого и вышеуказанных диапазонов частот см. Электромагнитный спектр .
Гравитационные волны также описываются в герцах. Текущие наблюдения проводятся в диапазоне 30–7000 Гц с помощью лазерных интерферометров, таких как LIGO , и в диапазоне наногерц (1–1000 нГц) с помощью массивов пульсарной синхронизации . Будущие космические детекторы планируются заполнить этот пробел, при этом LISA работает в диапазоне 0,1–10 мГц (с некоторой чувствительностью от 10 мкГц до 100 мГц), а DECIGO — в диапазоне 0,1–10 Гц.
В компьютерах большинство центральных процессоров (ЦП) маркируются в терминах их тактовой частоты , выраженной в мегагерцах ( МГц ) или гигагерцах ( ГГц ). Эта спецификация относится к частоте главного тактового сигнала ЦП . Этот сигнал номинально представляет собой прямоугольную волну , которая представляет собой электрическое напряжение, которое переключается между низким и высоким логическими уровнями через регулярные интервалы. Поскольку герц стал основной единицей измерения, принятой населением в целом для определения производительности ЦП, многие эксперты критиковали этот подход, который, по их словам, является легко манипулируемым эталоном . Некоторые процессоры используют несколько тактовых циклов для выполнения одной операции, в то время как другие могут выполнять несколько операций за один цикл. [13] Для персональных компьютеров тактовые частоты ЦП варьировались от приблизительно1 МГц в конце 1970-х годов ( компьютеры Atari , Commodore , Apple ) до6 ГГц в микропроцессорах IBM Power .
Различные компьютерные шины , такие как системная шина, соединяющая центральный процессор и северный мост , также работают на различных частотах в мегагерцовом диапазоне.
Более высокие частоты, чем те, для которых Международная система единиц предоставляет префиксы, считаются естественными в частотах квантово-механических колебаний массивных частиц, хотя они не наблюдаются напрямую и должны быть выведены через другие явления. По соглашению, они обычно выражаются не в герцах, а в терминах эквивалентной энергии, которая пропорциональна частоте с коэффициентом постоянной Планка .
Блок совместимости CJK в Unicode содержит символы для общих единиц СИ для частоты. Они предназначены для совместимости с восточноазиатскими кодировками символов, а не для использования в новых документах (которые, как ожидается, будут использовать латинские буквы, например, «МГц»). [14]
