赫茲
| 赫茲 | |
|---|---|
 由上至下閃爍頻率分別為0.5Hz、1Hz和2Hz，對應的閃爍間隔為2s、1s和0.5s | |
| 單位信息 | |
| 單位制 | 國際單位制導出單位 |
| 物理量名稱 | 頻率 |
| 符號 | Hz |
| 得名 | 海因里希·赫茲 |
| 國際單位制基本單位： | 1Hz = 1/s |
赫茲（Hertz，符號：Hz），常簡稱赫[1]，是頻率的國際單位制單位，表示每一秒周期性事件發生的次數[2][3]。赫茲是以首個用實驗驗證電磁波存在的科學家海因里希·赫茲命名，常用於描述正弦波、樂音、無線電通訊以及計算機時鐘頻率等。
定義
[編輯]赫茲的定義為每一秒周期性事件發生的次數[4]，而國際度量衡委員會將秒定義為：銫133原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個週期的持續時間[5]，因此銫133原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的頻率被定義為9,192,631,770赫茲。
較高的頻率可以使用kHz（103Hz）、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）和THz（1012Hz）等單位來描述。
雖然角速度和角頻率與頻率一樣，具有時間倒數的量綱，但是他們並不用赫茲來表示[6]，而使用弧度每秒（rad/s）作為單位。一個每分鐘旋轉60圈的圓盤的角速度是2π rad/s，頻率為1Hz。角頻率與頻率的轉換關係為：
歷史
[編輯]為了紀念德國物理學家海因里希·赫茲對電磁學做出的貢獻，頻率的單位由他的姓命名。這一命名於1930年由國際電工委員會提出[7]，並於1960年獲得國際度量衡大會接受，替代「每秒周數」成為頻率的單位。1970年代，「赫茲」基本取代「每秒周數」。時至今日，一些出版物仍在使用舊的單位，例如愛好者雜誌《電子畫報》（英語：Electronics Illustrated）聲明他們會沿用原先的單位。[8]
應用
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振動
[編輯]振動是指一個物體相對於靜止參照物或處於平衡狀態的物體的往復運動。由於往復運動具有周期性，振動可以用頻率描述。一種典型的振動是聲波。聲波是由空氣分子作周期性振動產生的，振動的頻率即是聲音的頻率。對於不同頻率的聲音，人們會聽到不同的音高。音樂中不同音高的音符的基本頻率對應赫茲數是固定的，例如中央C上方的A音的基頻是440赫茲[9]。嬰兒能聽見20赫茲至20000赫茲的聲音，一個普通的成年人可以聽見20赫茲至16000赫茲的聲音[10]
其他物理振動，例如分子振動的頻率可高至太赫茲的數量級。[11]
電磁波
[編輯]頻率是電磁波的一項重要特徵，它是指電磁波中電場與磁場振盪的頻率，通常用赫茲表示。無線電通訊中使用的電磁波頻率通常為kHz、MHz及GHz頻段。可見光對應的頻率為430–790THz，紅外線為幾十THz，紫外線為幾千THz。頻率為0.3到3THz的電磁波常稱為太赫輻射。頻率高至EHz的電磁波則屬於伽馬射線。對於可見光及更高頻率的電磁波，通常使用波長或光子能量，而非頻率來描述。
計算機
[編輯]在計算機領域，絕大多數中央處理器（CPU）以MHz或GHz標識它們的時鐘頻率。這一數值是指CPU的主時鐘脈衝信號的頻率。時鐘脈衝信號是一種數字信號，以方波的形式出現，在高電平和低電平中不斷切換。赫茲已成為普通大眾接受的測量CPU性能的主要測量單位，但許多專家並不認同。他們認為這是一種可以輕易操縱的評價方式。有報道指出，由於不同的設計方式，某些CPU可以在一個周期中處理更多指令，使它快於其他具有更高時鐘頻率的CPU。除了時鐘頻率以外，還有晶體管數量、緩存大小和總線速度等許多其他影響CPU性能的因素[12]。對於家用的個人計算機而言，CPU的時鐘頻率從1970年代的1MHz到IBM POWER的6GHz不等。
不同的計算機總線具有不同的工作頻率，一般以MHz表示。例如前端總線的頻率從533MHz至1600MHz不等[13][14]。
對於無線通信而言，根據奈奎斯特穩定判據[15]，其使用的信號帶寬越大，在理論上可以承載的最大傳輸速率越大。
交流電
[編輯]交流電使用Hz表示其電壓變化的頻率。日常生活中的交流電的頻率一般為50赫茲或60赫茲，而無線電技術中涉及的交流電頻率一般較大，達到KHz及MHz。不同國家的電力系統的交流電頻率不同，通常為50赫茲或者60赫茲。例如中國大陸、日本東部、新加坡和歐洲大部分國家使用50赫茲交流電，而日本西部、韓國、台灣、美國和加拿大使用60赫茲交流電。[16]
赫茲的衍生單位
[編輯]| 分數 | 倍數 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 值 | 符號 | 名稱 | 值 | 符號 | 名稱 | |
| 10−1 Hz | dHz | 分赫茲 | 101 Hz | daHz | 十赫茲 | |
| 10−2 Hz | cHz | 厘赫茲 | 102 Hz | hHz | 百赫茲 | |
| 10−3 Hz | mHz | 毫赫茲 | 103 Hz | kHz | 千赫茲 | |
| 10−6 Hz | µHz | 微赫茲 | 106 Hz | MHz | 百萬赫茲 | |
| 10−9 Hz | nHz | 奈赫茲 | 109 Hz | GHz | 吉赫茲 | |
| 10−12 Hz | pHz | 皮赫茲 | 1012 Hz | THz | 兆赫茲 | |
| 10−15 Hz | fHz | 飛赫茲 | 1015 Hz | PHz | 拍赫茲 | |
| 10−18 Hz | aHz | 阿赫茲 | 1018 Hz | EHz | 艾赫茲 | |
| 10−21 Hz | zHz | 介赫茲 | 1021 Hz | ZHz | 皆赫茲 | |
| 10−24 Hz | yHz | 攸赫茲 | 1024 Hz | YHz | 佑赫茲 | |
| 10−27 Hz | rHz | 柔赫茲 | 1027 Hz | RHz | 羅赫茲 | |
| 10−30 Hz | qHz | 虧赫茲 | 1030 Hz | QHz | 奎赫茲 | |
| 粗體為常用單位 | ||||||
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 存档副本. [2023-01-02]. （原始內容存檔於2023-01-02）.
- ^ Definition of hertz in English:. en.oxforddictionaries.com. Oxford University Press. [2018-01-22]. （原始內容存檔於2019-04-28）.
- ^ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3rd ed.), Boston: Houghton Mifflin.
- ^ SI brochure: Table 3. Coherent derived units in the SI with special names and symbols. [2018-02-04]. （原始內容存檔於2013-06-23）.
- ^ [Resolutions of the] CIPM, 1964 – Atomic and molecular frequency standards (PDF). SI brochure, Appendix 1. [2018-02-04]. （原始內容存檔 (PDF)於2013-11-05）.
- ^ SI brochure, Section 2.2.2, paragraph 6. [2018-02-04]. （原始內容存檔於2009-10-01）.
- ^ IEC History. Iec.ch. 1904-09-15 [2012-04-28]. （原始內容存檔於2013-06-02）.
- ^ Cartwright, Rufus. Beason, Robert G. , 編. Will Success Spoil Heinrich Hertz? (PDF). Electronics Illustrated (Fawcett Publications, Inc.). March 1967: 98–99 [2016-03-29].
- ^ Takasawa, Y.; Nishikawa, R. On the standard pitch A4= 440Hz.. Acoustical Science and Technology. 1996, 52 (5): 368-374.
- ^ Ernst Terhardt. Dominant spectral region. Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. 2000-02-20 [2012-04-28]. （原始內容存檔於2012-04-26）.
- ^ Black Hole Sound Waves - Science Mission Directorate. science.nasa.go. [2018-02-04]. （原始內容存檔於2021-05-05）.
- ^ Asaravala, Amit. Good Riddance, Gigahertz. Wired.com. 2004-03-30 [2012-04-28]. （原始內容存檔於2008-09-06）.
- ^ zhoulujun. 详解Cpu主频（内频）、系统总线频率（外频）、前端总线频. [2018-02-04]. （原始內容存檔於2018-05-15）.
- ^ 肖紅霞. 计算机CPU的主要性能指标分析及常见故障的排除. 電腦知識與技術：學術交流. 2008年, (4): 191-193 [2018-02-04]. （原始內容存檔於2021-02-25）.
- ^ Nyquist, H. Regeneration Theory. Bell System Tech. J. (USA: American Tel. & Tel.). January 1932, 11 (1): 126–147 [2012-12-05]. doi:10.1002/j.1538-7305.1932.tb02344.x. （原始內容存檔於2014-07-07）. on Alcatel-Lucent website （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ International Electrotechnical Commission. IEC - World Plugs: List view by location. iec.ch. [2018-02-06]. （原始內容存檔於2018-02-06）.
外部連結
[編輯]- SI Brochure: Unit of time (second)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- National Research Council of Canada: Cesium fountain clock
- National Physical Laboratory: Trapped ion optical frequency standards
- National Research Council of Canada: Optical frequency standard based on a single trapped ion
- National Research Council of Canada: Optical frequency comb
- Online Tone Generator （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
