Герц как единица измерения частоты¶
Герц (обозначение: Гц, международное: Hz) — единица измерения частоты периодических процессов в Международной системе единиц (СИ). Один герц соответствует одному периоду (колебанию, циклу) в секунду: 1 Гц = 1 с⁻¹. Название единица получила в честь немецкого физика Генриха Герца, который в 1887—1888 годах экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн и измерил их скорость.
¶Определение и история
Герц введён в систему СГС (сантиметр-грамм-секунда) в начале XX века. В 1960 году, при создании обновлённой метрической системы СИ, герц был принят в качестве производной единицы частоты. В 1974 году Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) утвердила формальное определение: 1 Гц — это один цикл в секунду (1 Гц = 1 с⁻¹).
До перехода на герц в физике и радиотехнике использовалась единица «цикл в секунду» (обозначение «c/s» или «cps»), а в астрономии — «герц» иногда заменялся оборотами в минуту (об/мин). Отказ от обозначения «цикл в секунду» был связан с желанием избежать путаницы между понятиями «цикл» и «период» и упростить расчёты.
¶Кратные и дольные единицы
Частота колебаний охватывает чрезвычайно широкий диапазон значений — от долей герца до сотен эксагерц, поэтому введена система кратных и дольных единиц:
| Единица | Обозначение | Значение |
|---|---|---|
| килогерц | кГц | 10³ Гц |
| мегагерц | МГц | 10⁶ Гц |
| гигагерц | ГГц | 10⁹ Гц |
| терагерц | ТГц | 10¹² Гц |
| петагерц | ПГц | 10¹⁵ Гц |
| эксагерц | ЭГц | 10¹⁸ Гц |
| миллигерц | мГц | 10⁻³ Гц |
| микрогерц | мкГц | 10⁻⁶ Гц |
| наногерц | нГц | 10⁻⁹ Гц |
¶Что измеряют в герцах
В герцах измеряется любая величина, обратная периоду: частота колебаний, пульсаций, вращений и других повторяющихся процессов. Основные примеры:
- Частота звука. Человеческое ухо воспринимает колебания воздуха с частотой примерно от 16 до 20 000 Гц. Ниже этого диапазона лежит инфразвук, выше — ультразвук.
- Частота электромагнитных волн. Радиоволны, микроволновое излучение, свет и рентгеновское излучение характеризуются частотой в килогерцах, мегагерцах, гигагерцах и терагерцах. Так, FM-радиовещание работает в диапазоне 88—108 МГц, Wi-Fi — около 2,4 и 5 ГГц.
- Частота переменного тока. В электросетях России и большинства стран Европы стандартная частота составляет 50 Гц, в США и Японии — 60 Гц.
- Частота вращения. Обороты коленчатого вала двигателя, вентилятора или жёсткого диска формально также могут быть выражены в герцах (1 Гц = 60 об/мин), хотя на практике чаще используются обороты в минуту.
- Частота процессоров и электронных устройств. Тактовая частота центральных и графических процессоров измеряется в мегагерцах и гигагерцах.
- Частота мигания индикаторов, пульсации света и биологических ритмов (сердцебиение, дыхание) — в герцах или дольных единицах.
¶Герц в кроссвордах
В русскоязычных кроссвордах и сканвордах на вопрос «что измеряют в герцах» стандартным ответом является слово из семи букв — частота. Другие возможные варианты ответов в зависимости от контекста сетки и длины клеток — «период» (5 букв), «колебание» (9 букв), но семибуквенный ответ «частота» является наиболее распространённым и ожидаемым.
¶Связанные величины
Частота тесно связана с периодом (временем одного цикла) соотношением T = 1/f, где T — период в секундах, f — частота в герцах. Также в герцах измеряют собственную частоту резонаторов, частоту дискретизации звуковых файлов (стандарты 44,1 кГц, 48 кГц), частоту кадров видео (24, 25, 30, 60 кадров в секунду формально соответствуют 24—60 Гц).
¶Интересные факты
- Номинальная частота стандартных камертонов принята равной 440 Гц для ноты ля первой октавы (A4), хотя в разных оркестрах и странах используется диапазон 440—442 Гц.
- Частота 50 Гц в электросетях была выбрана в начале XX века по компромиссным соображениям: она позволяла достаточно эффективно работать лампам накаливания и электродвигателям того времени.
- В 2019 году на 26-й ГКМВ было принято решение отказаться от некоторых исторических определений единиц СИ, однако герц остался производной единицей, определяемой через секунду.
¶Источники
- Международная система единиц (СИ). Брошюра Бюро международных мер и весов (БМВ), 9-е издание.
- ГОСТ 8.417-2002. СИ. Единицы физических величин.
- Большая российская энциклопедия. Том 6 (Герц).
- Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1983.
- Справочник по радиотехнике и электронике. — М.: Радио и связь.