Inhoud
- De oorsprong van de Hertz-eenheid
- Waarom is opgewekte elektriciteit cyclisch?
- De Hertz-eenheid in elektromagnetische straling
Je hoort de term hertz in elektriciteit en bij de bespreking van de transmissie van elektromagnetische golven - waarvan licht- en radiogolven voorbeelden zijn - en de snelheid van computerprocessors. De gemeenschappelijke factor bij al deze fenomenen is dat ze een soort oscillatie met zich meebrengen en de hertz-eenheid wordt gebruikt voor het meten van de frequentie van deze oscillaties. Het heeft een eenvoudige betekenis. Een hertz is gewoon een cyclus per seconde. Het wordt meestal geschreven in de afgekorte vorm, dat is Hz. Dus in plaats van 100 cycli per seconde te schrijven, schrijven wetenschappers 100 Hz.
De elektriciteit die huizen wereldwijd aandrijft, staat bekend als AC - wisselstroom - elektriciteit. In plaats van rechtstreeks tussen een paar terminals te stromen, oscilleert de wisselstroom en wordt het aantal cycli per seconde uitgedrukt in Hertz. De frequentie van opgewekte elektriciteit is niet in elk land hetzelfde, maar het is een uniforme 60 Hz in Noord-Amerika. In het algemeen bestaat elektromagnetische energie uit oscillerende golfvormen, en de frequentie van de oscillaties, uitgedrukt als Hz, bepaalt de karakteristieken van de straling.
De oorsprong van de Hertz-eenheid
De Hertz is vernoemd naar Heinrich Hertz (1857–1894), een Duitse natuurkundige die wordt gecrediteerd voor het aantonen van het bestaan van elektromagnetische straling. Zijn ontdekkingen bevestigden de theorieën van James Clerk Maxwell en vastgelegd in de vier beroemde vergelijkingen waarin werd vastgesteld dat licht en warmte elektromagnetische fenomenen zijn.
Onderweg was Hertz ook de eerste onderzoeker die het bestaan van het foto-elektrisch effect bevestigde en de eerste die radiogolven detecteerde. Geen praktisch man, Hertz geloofde niet dat deze prestaties enig nut zouden hebben in de wereld, maar in feite legden ze de basis voor het moderne draadloze tijdperk. Voor al zijn prestaties eerde de wetenschappelijke wereld Hertz in 1930 door de eenheid van frequentie naar hem te noemen.
Waarom is opgewekte elektriciteit cyclisch?
Energiecentrales over de hele wereld genereren elektriciteit door elektromagnetische inductie, een fenomeen ontdekt door natuurkundige Michael Faraday en bestudeerd door natuurkundigen in de 19e eeuw. De basis van dit fenomeen is dat een veranderend magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider induceert. Genererende stations maken gebruik van dit principe door stoom te gebruiken om een grote geleidende spoel in een sterk magnetisch veld te roteren. Vanwege de rotatie van de spoel verandert de opgewekte elektriciteit van polariteit bij elke rotatie van de spoel. Het staat bekend als wisselstroom en de frequentie van de polariteitsverschuiving, gemeten in Hz, hangt af van de rotatiesnelheid van de turbine.
De Noord-Amerikaanse standaard van 60 Hz gaat terug naar Nikola Tesla, die de eerste elektrische centrale in Niagara Falls bouwde. Tesla ontdekte dat 60 Hz de meest efficiënte frequentie was voor energieverdeling langs stroomleidingen. In Europa en delen van Azië, waar de standaardfrequentie van AC-stroom 50 Hz is, is elektriciteitstransmissie 15 tot 20 procent minder efficiënt.
De Hertz-eenheid in elektromagnetische straling
In elk type golffenomeen zijn frequentie en golflengte wederzijdse grootheden. Omdat alle elektromagnetische straling met dezelfde snelheid reist - de snelheid van het licht - neemt de frequentie van de straling af naarmate de golflengte omhoog gaat. Bij het ontwikkelen van de concepten achter de kwantumfysica ontdekte Max Planck dat de energie (E) van een golfpakket van licht - een kwantum - is evenredig met zijn frequentie (f). De vergelijking is E = hfwaar h is Plancks constant.
De straling met de hoogste energie is die met de hoogste frequentie en wordt vaak gemeten in megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) tot peta hertz (1015 Hz). Straling met frequenties in het petahertz-bereik kan bestaan in de kernen van zwarte gaten en quasars, maar niet in de dagelijkse aardse wereld van mensen.