Περιεχόμενο
- Η προέλευση της μονάδας Hertz
- Γιατί παράγεται κυκλική ηλεκτρική ενέργεια;
- Η μονάδα Hertz στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Ακούτε τον όρο hertz στον ηλεκτρισμό καθώς και όταν συζητάτε τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων - των οποίων τα φωτεινά και ραδιοκύματα είναι παραδείγματα - και την ταχύτητα των επεξεργαστών υπολογιστών. Ο κοινός παράγοντας σε όλα αυτά τα φαινόμενα είναι ότι περιλαμβάνουν κάποια ταλάντωση τύπου και η μονάδα hertz χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συχνότητας αυτών των ταλαντώσεων. Έχει ένα απλό νόημα. Ένας hertz είναι απλά ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο. Συνήθως γραμμένο σε συντομευμένη μορφή του, το οποίο είναι Hz. Έτσι, αντί να γράφουν 100 κύκλους ανά δευτερόλεπτο, οι επιστήμονες γράφουν 100 Hz.
Η ηλεκτρική ενέργεια που εξουσιάζει τα σπίτια παγκοσμίως είναι γνωστή ως AC - εναλλασσόμενο ρεύμα - ηλεκτρικό ρεύμα. Αντί να ρέει απευθείας ανάμεσα σε ένα ζεύγος ακροδεκτών, το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος κυμαίνεται και ο αριθμός των κύκλων ανά δευτερόλεπτο εκφράζεται ως hertz. Η συχνότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι η ίδια σε κάθε χώρα, αλλά είναι ομοιόμορφη 60 Hz σε όλη τη Βόρεια Αμερική. Γενικά, η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια αποτελείται από ταλαντευόμενες κυματομορφές και η συχνότητα των ταλαντώσεων, εκφραζόμενη σε Hz, καθορίζει τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας.
Η προέλευση της μονάδας Hertz
Το hertz πήρε το όνομά του από τον Heinrich Hertz (1857-1894), γερμανικό φυσικό με το οποίο αποδόθηκε η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι ανακαλύψεις του επιβεβαίωσαν τις θεωρίες που καθόρισε ο James Clerk Maxwell και διατυπώθηκαν στις τέσσερις διάσημες εξισώσεις που καθόρισαν ότι το φως και η θερμότητα είναι ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα.
Στην πορεία, ο Hertz ήταν επίσης ο πρώτος ερευνητής που επιβεβαίωσε την ύπαρξη του φωτοηλεκτρικού αποτελέσματος και ο πρώτος που ανίχνευσε ραδιοκύματα. Δεν είναι ένας πρακτικός άνθρωπος, ο Hertz δεν πίστευε ότι αυτά τα επιτεύγματα θα είχαν χρησιμότητα στον κόσμο, αλλά μάλιστα έθεσαν τις βάσεις για τη σύγχρονη ασύρματη εποχή. Για όλα τα επιτεύγματά του, ο επιστημονικός κόσμος τίμησε τον Χέρτς το 1930 με την ονομασία της συχνότητας μετά από αυτόν.
Γιατί παράγεται κυκλική ηλεκτρική ενέργεια;
Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σε όλο τον κόσμο παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε από τον φυσικό Michael Faraday και μελετήθηκε από τους φυσικούς σε όλο τον 19ο αιώνα. Η βάση αυτού του φαινομένου είναι ότι ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό. Οι σταθμοί παραγωγής χρησιμοποιούν αυτή την αρχή χρησιμοποιώντας ατμό για να περιστρέψουν ένα μεγάλο αγώγιμο πηνίο σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Λόγω της περιστροφής του πηνίου, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια αλλάζει την πολικότητα με κάθε περιστροφή του πηνίου. Είναι γνωστό ως εναλλασσόμενο ρεύμα και η συχνότητα της μετατόπισης πολικότητος, μετρούμενη σε Hz, εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής του στροβίλου.
Το βορειοαμερικανικό πρότυπο των 60 Hz επιστρέφει στον Nikola Tesla, ο οποίος σχεδίασε τον πρώτο ηλεκτρικό σταθμό στους καταρράκτες του Νιαγάρα. Ο Tesla ανακάλυψε ότι η 60 Hz ήταν η πιο αποτελεσματική συχνότητα για την κατανομή ενέργειας κατά μήκος των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Ευρώπη και σε τμήματα της Ασίας, όπου η συνηθισμένη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος είναι 50 Hz, η μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας είναι 15 έως 20% λιγότερο αποδοτική.
Η μονάδα Hertz στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Σε οποιοδήποτε τύπο φαινομένου κύματος, η συχνότητα και το μήκος κύματος είναι αμοιβαίες ποσότητες. Επειδή όλη η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ταξιδεύει με την ίδια ταχύτητα - την ταχύτητα του φωτός - η συχνότητα της ακτινοβολίας μειώνεται καθώς το μήκος κύματος ανεβαίνει. Κατά την ανάπτυξη των εννοιών πίσω από την κβαντική φυσική, ο Max Planck ανακάλυψε ότι η ενέργεια (μι) ενός πακέτου φωτός κύματος - ένα κβαντικό - είναι ανάλογο με τη συχνότητά του (φά). Η εξίσωση είναι μι = hf, που h είναι Plancks σταθερή.
Η ακτινοβολία με την υψηλότερη ενέργεια είναι εκείνη με την υψηλότερη συχνότητα, και συχνά μετριέται σε μεγαχέρτσες (106 Hz), gigahertz (109 Hz) μέχρι το Peta Hertz (1015 Hz). Ακτινοβολία με συχνότητες στην κλίμακα petahertz μπορεί να υπάρχει στους πυρήνες των μαύρων οπών και των κβάζαρ, αλλά όχι στον καθημερινό χερσαίο κόσμο των ανθρώπων.