هيرتز

الموسوعة الحرة

الهرتز (رمزه: Hz ) هو وحدة التردد في النظام الدولي للوحدات (SI)، ويُعرَّف غالبًا بأنه يُعادل حدثًا واحدًا (أو دورة واحدة ) في الثانية . [ 1 ] [ أ ] الهرتز وحدة مشتقة من النظام الدولي للوحدات ، وتعبيرها الرسمي بدلالة وحدات النظام الدولي الأساسية هو 1/ثانية أو s⁻¹ ، أي أن الهرتز الواحد يساوي واحدًا في الثانية أو مقلوب ثانية واحدة . [ 2 ] يُستخدم الهرتز فقط في حالة الأحداث الدورية. سُمِّيَ نسبةً إلى هاينريش رودولف هيرتز (1857-1894)، أول من قدّم دليلًا قاطعًا على وجود الموجات الكهرومغناطيسية . بالنسبة للترددات العالية، تُعبَّر الوحدة عادةً بمضاعفاتها : كيلوهرتز ( kHz )، ميغاهرتز ( MHz )، غيغاهرتز ( GHz )، تيراهرتز ( THz ).

تُستخدم هذه الوحدة بشكل شائع في وصف الموجات الدورية والنغمات الموسيقية ، لا سيما تلك المستخدمة في تطبيقات الراديو والصوت. كما تُستخدم لوصف سرعات الساعة التي تعمل بها أجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات الأخرى. وتُستخدم أحيانًا أيضًا لتمثيل طاقة الفوتون ، من خلال علاقة بلانك E  = hν ، حيث E هي طاقة الفوتون، وν هو تردده، و h هو ثابت بلانك . 

تعريف

يُعرَّف الهرتز بأنه هرتز واحد في الثانية للأحداث الدورية. وقد عرّفت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس الثانية بأنها "مدة..."9,192,631,770 دورة من الإشعاع الموافق للانتقال بين مستويي الطاقة الفائقة الدقة للحالة الأرضية لذرة السيزيوم -133" [ 3 ] [ 4 ] ، ثم يضيف: "يترتب على ذلك أن انقسام الطاقة الفائقة الدقة في الحالة الأرضية لذرة السيزيوم-133 هو بالضبط9 192 631 770  هرتز ، ν hfs Cs =9192631770 هرتز  . وحدة الهرتز هي مقلوب الزمن (T⁻¹ ) . وعند التعبير عنها بوحدات النظام الدولي للوحدات ، تكون الوحدة هي مقلوب الثانية (1/ث ) .

في اللغة الإنجليزية، تُستخدم كلمة "هرتز" أيضًا كصيغة جمع. [ 5 ] كوحدة قياس في النظام الدولي للوحدات، يمكن إضافة بادئة Hz ؛ ومن المضاعفات الشائعة الاستخدام كيلوهرتز (kHz).10 3  هرتز )، ميغاهرتز (ميغاهرتز،10 6  هرتز )، جيجاهرتز (جيجاهرتز،10 9  هرتز ) وTHz (تيراهيرتز،10 12  هرتز ). هرتز واحد (أي واحد في الثانية) يعني ببساطة "حدث دوري واحد يحدث في الثانية" (حيث قد يكون الحدث الذي يتم حسابه دورة كاملة)؛تعني 100  هرتز "حدوث مئة حدث دوري في الثانية الواحدة"، وهكذا. ويمكن تطبيق هذه الوحدة على أي حدث دوري - على سبيل المثال، يمكن القول إن الساعة تدق بمعدل 100 هرتز.1  هرتز ، أو يمكن القول إن قلب الإنسان ينبض عند1.2  هرتز​

يُعبَّر عن معدل حدوث الأحداث غير الدورية أو العشوائية بالثانية المقلوبة أو الثانية العكسية (1/ثانية أو s⁻¹ ) بشكل عام، أو في حالة النشاط الإشعاعي تحديدًا ، بالبيكريل . [ ب ] بينمايشير 1  هرتز (واحد في الثانية) تحديدًا إلى دورة واحدة (أو حدث دوري) في الثانية الواحدة.يشير مصطلح 1  بيكريل (وأيضًا واحد في الثانية) تحديدًا إلى حدث واحد من النظائر المشعة في الثانية الواحدة في المتوسط.

على الرغم من أن التردد والسرعة الزاوية والتردد الزاوي والنشاط الإشعاعي جميعها لها بُعد T⁻¹ ، إلا أن التردد فقط هو الذي يُعبَّر عنه بوحدة الهرتز. [ 7 ] وبالتالي، يُقال إن قرصًا يدور بسرعة 60 دورة في الدقيقة (rpm) له سرعة زاوية قدرها 2π راديان  /ثانية وتردد دوران قدره1  هرتز . العلاقة بين التردد f الذي يساوي هرتز واحد والسرعة الزاوية ω التي تساوي راديان واحد في الثانية هي

ω=2πو{\displaystyle \omega =2\pi f}وو=ω2π.{\displaystyle f={\frac {\أوميغا }{2\pi }}.}

سُميت وحدة الهرتز نسبةً إلى هاينريش هيرتز . وكما هو الحال مع كل وحدة من وحدات النظام الدولي للوحدات التي سُميت نسبةً إلى شخص، يبدأ رمزها بحرف كبير (Hz)، ولكن عند كتابتها كاملةً، فإنها تتبع قواعد كتابة الأحرف الكبيرة للأسماء الشائعة ؛ أي أن كلمة هيرتز تُكتب بحرف كبير في بداية الجملة وفي العناوين، ولكنها تُكتب بحرف صغير فيما عدا ذلك.

تاريخ

سُميت وحدة الهرتز نسبةً إلى الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز (1857-1894)، الذي قدم إسهامات علمية هامة في دراسة الكهرومغناطيسية . وقد اعتمدت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) هذا الاسم عام 1935. [ 8 ] واعتمدها المؤتمر العام للأوزان والمقاييس ( CGPM) عام 1960، ليحل محل الاسم السابق للوحدة، "دورة في الثانية" (cps)، بالإضافة إلى مضاعفاتها، وأهمها "كيلو دورة في الثانية" (kc/s) و"ميغا دورة في الثانية" (Mc/s)، وأحيانًا "كيلو ميغا دورة في الثانية" (kMc/s). وفي بعض الحالات، استُخدم مصطلح "ميغا دورة" اختصارًا لـ"ميغا دورة في الثانية". [ 9 ]

بدأ استبدال "دورات في الثانية" بـ "هرتز" في الصحافة الشعبية في أواخر الستينيات. [ 10 ]

التطبيقات

موجة جيبية ذات تردد متغير
يُعد نبض القلب مثالاً على ظاهرة دورية غير جيبية يمكن تحليلها من حيث التردد. يوضح الشكل دورتين.

الصوت والاهتزاز

الصوت عبارة عن موجة طولية متحركة ، وهي عبارة عن تذبذب في الضغط . يدرك الإنسان تردد الصوت على أنه درجة صوته . كل نغمة موسيقية تتوافق مع تردد معين. تستطيع أذن الرضيع إدراك ترددات تتراوح من20  هرتز إلى20000 هرتز  ؛ يستطيع الإنسان البالغ العادي سماع الأصوات بين20  هرتز و16000 هرتز  . [ 11 ] يمتد نطاق الموجات فوق الصوتية ، والموجات تحت الصوتية ، والاهتزازات الفيزيائية الأخرى مثل الاهتزازات الجزيئية والذرية من بضعة فيمتوهيرتز [ 12 ] إلى نطاق تيراهيرتز [ ج ] وما بعده. [ 12 ]

الإشعاع الكهرومغناطيسي

غالباً ما يتم وصف الإشعاع الكهرومغناطيسي بتردده - عدد تذبذبات المجالين الكهربائي والمغناطيسي المتعامدين في الثانية الواحدة - معبراً عنه بالهرتز.

يُقاس الإشعاع الكهرومغناطيسي عادةً بالكيلوهرتز (kHz) أو الميغاهرتز (MHz) أو الغيغاهرتز (GHz)، ويُعرف الأخير باسم الموجات الميكروية . أما الضوء فهو إشعاع كهرومغناطيسي ذو تردد أعلى، ويتراوح تردده بين عشرات التيراهيرتز (THz) - الأشعة تحت الحمراء - إلى بضعة بيتاهرتز (PHz) - الأشعة فوق البنفسجية . ويقع الطيف المرئي حول 400-790  تيراهيرتز. ويُطلق على الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي الترددات المنخفضة في نطاق التيراهيرتز (المتوسط ​​بين أعلى ترددات الراديو المستخدمة عادةً والأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة) اسم إشعاع التيراهيرتز . أما الترددات الأعلى، مثل ترددات الأشعة السينية وأشعة غاما ، فيمكن وصفها بالإكساهرتز (EHz).

لأسباب تاريخية وعملية، يُحدد الإشعاع الكهرومغناطيسي من الأشعة تحت الحمراء وما فوقها عادةً بطول موجته بالنانومتر ( nm )، بينما تُحدد الأشعة السينية وما فوقها بطاقات فوتوناتها بالإلكترون فولت (eV ) (من كيلو إلكترون فولت إلى جيجا إلكترون فولت وما فوق). لمزيد من التفاصيل حول نطاقات التردد هذه، انظر الطيف الكهرومغناطيسي .

الموجات الثقالية

تُجرى عمليات رصد الموجات الثقالية  في نطاق الترددات من 30 إلى 7000 هرتز باستخدام مقاييس التداخل الليزرية مثل مرصد ليغو  ، وفي نطاق الترددات النانوهرتزية (من 1 إلى 1000 نانوهرتز) باستخدام مصفوفات توقيت النبضات . ومن المخطط إطلاق كاشفات فضائية مستقبلية لسد هذه الفجوة، حيث يعمل مرصد ليسا في نطاق الترددات من 0.1 إلى 10  ملي هرتز (مع حساسية تتراوح من 10  ميكروهرتز إلى 100  ملي هرتز)، بينما يعمل مرصد ديسيغو في  نطاق الترددات من 0.1 إلى 10 هرتز.

أجهزة الكمبيوتر

في أجهزة الحاسوب، تُصنّف معظم وحدات المعالجة المركزية (CPU) وفقًا لترددها المُقاس بالميغاهرتز ( MHz ) أو الغيغاهرتز ( GHz ). يشير هذا التصنيف إلى تردد إشارة الساعة الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية . هذه الإشارة عبارة عن موجة مربعة ، وهي جهد كهربائي ينتقل بين مستويات منطقية منخفضة وعالية على فترات منتظمة. ولأن الهرتز أصبح وحدة القياس الأساسية المقبولة لدى عامة الناس لتحديد أداء وحدة المعالجة المركزية، فقد انتقد العديد من الخبراء هذا النهج، زاعمين أنه معيار سهل التلاعب . تستخدم بعض المعالجات دورات ساعة متعددة لتنفيذ عملية واحدة، بينما يمكن للبعض الآخر تنفيذ عمليات متعددة في دورة واحدة. [ 13 ] بالنسبة لأجهزة الحاسوب الشخصية، تراوحت سرعات ساعة وحدة المعالجة المركزية من حوالي1  ميجاهرتز في أواخر السبعينيات ( أجهزة أتاري ، كومودور ، أبل ) إلى ما يصل إلى6  جيجاهرتز في معالجات IBM Power الدقيقة .

تعمل ناقلات الكمبيوتر المختلفة ، مثل ناقل الجانب الأمامي الذي يربط وحدة المعالجة المركزية والجسر الشمالي ، بترددات مختلفة في نطاق الميغاهرتز.

مضاعفات النظام الدولي للوحدات

مضاعفات الهرتز (Hz) في النظام الدولي للوحدات
المضاعفات الفرعيةمضاعفات
قيمةرمز النظام الدولي للوحداتاسمقيمةرمز النظام الدولي للوحداتاسم
10⁻¹ هرتز​ ديسي هرتزديسيهرتز10 هرتز ​دا هرتزديكاهرتز
10⁻² هرتز​ ترددسنتيهرتز10 2  هرتزهرتزهيكتوهيرتز
10−3 هرتز​ ميلي هرتزميلي هرتز10 3  هرتزكيلوهرتزكيلوهرتز
10−6 هرتز​ ميكروهرتزميكروهرتز10 6  هرتزميجاهرتزميغاهرتز
10 −9  هرتزنانوهرتزنانوهرتز10 9  هرتزجيجاهرتزجيجاهرتز
10−12 هرتز​ بيكو هرتزبيكوهرتز10 12  هرتزتيراهيرتزتيراهيرتز
10 −15  هرتزfHzفيمتوهيرتز10 15  هرتزبير هرتزبيتاهرتز
10 −18  هرتزأهرتزأتوهيرتز10 18  هرتزإي هرتزإكساهرتز
10 −21  هرتزهرتززيبتوهيرتز10 21  هرتزهرتززيتاهرتز
10−24 هرتز​ yHzيوكتوهيرتز10 24  هرتزYHzيوتاهيرتز
10 −27  هرتزrHzرونتوهرتز10 27  هرتزRHzروناهرتز
10-30 هرتز​ كيو هرتزكويكتوهرتز10 30  هرتزكيو هرتزكويتاهرتز
الوحدات ذات البادئات الشائعة مكتوبة بخط غامق.

يُعتقد أن الترددات الأعلى من تلك التي يوفرها النظام الدولي للوحدات (ISO) من حيث البادئات، تحدث بشكل طبيعي في ترددات الاهتزازات الكمومية للجسيمات الضخمة، على الرغم من أنها غير قابلة للملاحظة المباشرة ويجب استنتاجها من خلال ظواهر أخرى. وبحسب الاصطلاح، لا تُعبّر هذه الترددات عادةً بالهرتز، بل تُعبّر عنها بدلالة الطاقة المكافئة، التي تتناسب مع التردد بمعامل ثابت بلانك .

يونيكود

تحتوي كتلة التوافق CJK في يونيكود على أحرف لوحدات النظام الدولي للوحدات الشائعة للتردد. هذه الأحرف مخصصة للتوافق مع ترميزات الأحرف في شرق آسيا، وليست للاستخدام في المستندات الجديدة (التي من المتوقع أن تستخدم أحرفًا لاتينية، مثل "MHz"). [ 14 ]

  • U+3339 ㌹ سكوير هيروتو (ヘルツ, هيروتسو )
  • U+3390 ميكرومتر مربع هرتز (Hz)
  • U+3391 كيلوهرتز مربع (kHz)
  • U+3392 ميكرومتر مربع (MHz)
  • U+3393 Ύ� SQUARE GHZ (GHz)
  • U+3394 Ύ� مربع تيراهيرتز (THz)

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ على الرغم من أن الهرتز يُقال غالبًا إنه يشير إلى دورة في الثانية (cps)، إلا أن النظام الدولي للوحدات ينص صراحةً على أن "الدورة" و"cps" ليستا وحدتين في النظام الدولي للوحدات، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الغموض في المصطلحات. [ 2 ]
  2. ↑ "(د) يستخدم الهرتز فقط للظواهر الدورية، ويستخدم البيكريل (Bq) فقط للعمليات العشوائية في النشاط المشار إليه بالنظائر المشعة." [ 6 ]
  3. ↑ عادةً ما تكون الاهتزازات الذرية في حدود عشرات التيراهيرتز

مراجع

  1. ↑ "هرتز". (1992). قاموس التراث الأمريكي للغة الإنجليزية (الطبعة الثالثة)، بوسطن: هوتون ميفلين.
  2. 1 2 "كتيب النظام الدولي للوحدات: النظام الدولي للوحدات (SI) - الطبعة التاسعة" (ملف PDF) . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس. ص  26. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أغسطس 2022 .
  3. ↑ "كتيب النظام الدولي للوحدات: النظام الدولي للوحدات (SI) § 2.3.1 الوحدات الأساسية" (ملف PDF) (باللغتين الإنجليزية البريطانية والفرنسية) ( الطبعة التاسعة). المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . 2019. ص 130. تاريخ الاطلاع: 2 فبراير 2021 .  
  4. ↑ "كتيب النظام الدولي للوحدات: النظام الدولي للوحدات (SI) § الملحق 1. قرارات اللجنة العامة للأوزان والمقاييس واللجنة الدولية للأوزان والمقاييس" (ملف PDF) (باللغتين الإنجليزية البريطانية والفرنسية) ( الطبعة التاسعة). المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . 2019. ص 169. تاريخ الاطلاع: 2 فبراير 2021 .  
  5. ↑ دليل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) لوحدات النظام الدولي للوحدات – 9 قواعد وأساليب كتابة أسماء الوحدات ، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا
  6. ↑ "المكتب الدولي للأوزان والمقاييس - الجدول 3" . المكتب الدولي للأوزان والمقاييس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2012 .
  7. ↑ "كتيب SI، القسم 2.2.2، الفقرة 6" . مؤرشف من الأصل في 1 أكتوبر 2009.
  8. ↑ "تاريخ اللجنة الكهروتقنية الدولية" . Iec.ch. مؤرشف من الأصل في 19 مايو 2013. تم الاطلاع عليه في 6 يناير 2021 .
  9. ↑ بيلام، جيه آر؛ جالت، جيه كيه (1946). "انتشار الموجات فوق الصوتية في السوائل: 1. تطبيق تقنية النبض على قياسات السرعة والامتصاص عند 15 ميجاهرتز". مجلة الفيزياء الكيميائية . 14 (10): 608-614 . Bibcode : 1946JChPh..14..608P . doi : 10.1063/1.1724072 . hdl : 1721.1/5042 .
  10. ↑ كارترايت، روفوس (مارس 1967). بيسون، روبرت ج. (محرر). "هل يُفسد النجاح هاينريش هيرتز؟" (ملف PDF) . إلكترونيات مصورة . منشورات فوسيت، ص 98-99 . 
  11. ↑ إرنست تيرهاردت (20 فبراير 2000). "المنطقة الطيفية المهيمنة" . Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 28 أبريل 2012 .
  12. 1 2 "موجات صوتية من ثقب أسود - مديرية المهمة العلمية" . science.nasa.go. مؤرشف من الأصل في 5 مايو 2021. تم الاطلاع عليه في 12 يوليو 2017 .
  13. ↑ أسارافالا، أميت (30 مارس 2004). "وداعاً للجيجاهرتز" . وايرد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2012 .
  14. ↑ اتحاد يونيكود (2019). "معيار يونيكود 12.0 - التوافق مع لغات CJK ❰ النطاق: 3300—33FF ❱" (ملف PDF) . Unicode.org . تاريخ الاطلاع: 24 مايو 2019 .