Hercas (Hz) – dažnio SI vienetas: reikšmė, matavimas ir pavyzdžiai
Hercas (simbolis: Hz, apibrėžimas: 1/s) - tai iš laiko išvestas vienetas, kuriuo pagal Tarptautinę vienetų sistemą (SI) matuojamas dažnis. Dažnis - tai, kaip dažnai kas nors vyksta. 1 herco dažnis reiškia, kad kažkas įvyksta kartą per sekundę. Natos Middle C (fortepijono viduryje esančios natos C) dažnis yra 261,65 (262) Hz. Tai reiškia, kad kas sekundę įvyksta 262 virpesiai, kurie skambant šiam fortepijono klavišui girdimi kaip nata Middle C.
Žmonės girdi 20-20 000 Hz dažnio garsus. Pelėdos girdi 200-12 000 Hz garsus.
Pagrindinis matavimo vienetas yra 1 sekundė. Vienetas pavadintas vokiečių fiziko Heinricho Rudolfo Herco vardu.
Kas yra dažnis ir kaip jis susijęs su periodu
Dažnis (f) yra įvykio skaičius per vienetą laiko ir matuojamas hercais (Hz). Jam taikomas paprastas ryšys su periodo (T) reikšme:
- f = 1 / T (jei T išreikštas sekundėmis, f — tai hercai)
- Taip pat dažnai naudojama kampinė dažnio išraiška: ω = 2πf (rad/s)
SI vieneto statusas ir pavadinimas
Hercas yra SI išvestinis vienetas, lygus s⁻¹ (vienas per sekundę). Vieneto simbolis yra Hz, o pats vieneto pavadinimas rašomas mažosiomis raidėmis (hertz) kai minima kalboje.
Dažnio mastai (padauginimai) ir dažnių pavyzdžiai
- Padauginimai: kHz (kilohercas, 10³ Hz), MHz (megahercas, 10⁶ Hz), GHz (gigahercas, 10⁹ Hz), THz (terahercas, 10¹² Hz).
- Muzika: A4 (la) dažniausiai lygus 440 Hz; Middle C (C4) ≈ 261,63 Hz.
- Akustika: Infragarso dažniai mažesni nei ~20 Hz; žmogaus girdimumas maždaug 20–20 000 Hz; ultragarsas prasideda virš ~20 kHz.
- Elektros tinklai: Dažniai namų elektros tinkluose dažniausiai būna 50 Hz arba 60 Hz, priklausomai nuo šalies.
- Radijo ryšiai: Radijo ir mikrobangų dažniai kinta nuo kelių kHz iki kelių GHz ir daugiau (pavyzdžiui, FM radijas ~88–108 MHz, mobilieji telefonai GHz diapazone).
- Šviesa: Matomos šviesos dažniai yra labai dideli – maždaug 430–770 THz atitinka matomus violetinius iki raudonų bangų ilgį.
Kaip matuojamas dažnis
Dažnį galima nustatyti įvairiais būdais, priklausomai nuo signalo ir reikalingo tikslumo:
- Dažnio skaitikliai (frequency counters): matinėms grandinėms suteikia tiesioginį skaitinį rezultatą su dideliu tikslumu, naudojant stabilų laikinį šaltinį (pvz., kvarcinį generatorių).
- Osciloskopai: leidžia vizualiai stebėti periodinius signalus ir nustatyti periodą T; dažnis tada apskaičiuojamas kaip f = 1/T.
- Spektriniai analizatoriai: skirti nustatyti signalo frekvinę sudėtį ir aptikti komponentus skirtinguose dažniuose.
- Analoginės priemonės: kamertonai, stroboskopai ar mechaniniai skaičiavimo būdai — tinkami žemesniems dažniams arba edukaciniams tikslams.
- Preciziški šaltiniai: kvarciniai kristalai, rubidžio ar cezio pagrindu veikiantys laikrodžiai bei GPS sinchronizacija naudojama kaip dažnio etalonai.
Praktinė reikšmė ir panaudojimas
Dažnis yra fundamentali fizikinė charakteristika, svarbi akustikoje, elektronikoje, telekomunikacijose, optikoje ir mechanikoje. Jis nusako, kaip greitai vyksta pasikartojantys procesai — nuo muzikinių natų iki elektromagnetinių bangų. Tiksli dažnio kontrolė ir matavimas būtini radijo ryšiui, sinchronizacijai, signalo apdorojimui bei mokslo tyrimams.
Trumpai apie istoriją
Vienetas pavadintas vokiečių fiziko Heinricho Rudolfo Herco garbei, kuris XIX a. įrodė elektromagnetinių bangų egzistavimą. Prieš pavadinimo įvedimą dažnis dažnai buvo išreiškiamas kaip "ciklai per sekundę".
Pastaba: šiame tekste pateikta informacija supaprastinta, kad būtų suprantama plačiajai auditorijai; norint atlikti tikslius matavimus ar inžinerinius skaičiavimus, reikėtų naudoti specializuotus prietaisus ir atsižvelgti į matavimo netikslumus.
Kintamo dažnio sinusinė banga
Keli vienetai
1000 hercų yra 1 kilohercas. 1000 kilohercų yra 1 megahercas, 1000 megahercų yra 1 gigahertzas: (žr. lentelę)
| Vienetas | Lygus: |
| Kilohercai (KHz) | 1000 Hz |
| Megahercai (MHz) | 1000 kHz |
| Gigahercai (GHz) | 1000 MHz |
| Terahercų (THz) | 1000 GHz |
| Petahercai (PHz) | 1000 THz |
| Eksahertzai (EHz) | 1000 PHz |
| Zettahercas (ZHz) | 1000 EHz |
| Jotahercai (YHz) | 1000 ZHz |
Pavyzdžiai
- Žemės sukimosi dažnis (kartą per ~24 valandas) yra apie 12 mikrohercų (daug mažesnis nei 1 Hz).
- Hertzai kartais naudojami procesoriaus galiai matuoti kompiuterijoje ir elektronikoje.
- Mėgėjiškas radijas Jungtinėse Amerikos Valstijose veikia įvairiais dažniais nuo 1,8 iki 1300 MHz.
- Oro eismo valdymas naudoja 3-25 MHz dažnius ir 108-136 MHz dažnius.
- Muzikinės natos G (G4) viduriniosios dalies dažnis yra 392 Hz.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra hercas?
Atsakymas: Hercas yra dažnio vienetas, tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) išvestas iš laiko.
K: Kaip matuojamas dažnis naudojant hercus?
A: Dažnis matuojamas pagal tai, kaip dažnai kas nors įvyksta per laiko vienetą. 1 herco dažnis reiškia, kad kas nors įvyksta kartą per sekundę.
K: Ar yra kitų būdų dažnio vienetui išreikšti, išskyrus hercą?
A: Taip, be hercų, dažniui išreikšti galima naudoti ir kitas išraiškas, kaip parodyta lentelėje.
Klausimas: Koks yra pianino viduriniojo C dažnis?
A: Pianino viduriniosios C dažnis yra 261,65 (262) Hz, t. y. kas sekundę vyksta 262 virpesiai.
K: Kokį garso dažnių diapazoną gali girdėti žmonės?
A: Žmonės girdi garsus, kurių dažnis yra nuo 20 iki 20 000 Hz.
K: Kokį garso dažnių diapazoną gali girdėti pelėdos?
A: Pelėdos girdi nuo 200 iki 12 000 Hz garsus.
K: Kieno vardu pavadintas dažnio vienetas hercas?
A: Dažnio vienetas hercas pavadintas vokiečių fiziko Heinricho Rudolfo Herco vardu.
