Contenuto
- L'origine dell'unità Hertz
- Perché l'elettricità generata è ciclica?
- L'unità Hertz nella radiazione elettromagnetica
Senti il termine hertz nell'elettricità e quando parli della trasmissione di onde elettromagnetiche - di cui le onde luminose e radio sono esempi - e la velocità dei processori per computer. Il fattore comune in tutti questi fenomeni è che implicano un certo tipo di oscillazione e l'unità hertz viene utilizzata per misurare la frequenza di queste oscillazioni. Ha un significato semplice. Un hertz è semplicemente un ciclo al secondo. Di solito è scritto nella sua forma abbreviata, che è Hz. Pertanto, invece di scrivere 100 cicli al secondo, gli scienziati scrivono 100 Hz.
L'elettricità che alimenta le case di tutto il mondo è conosciuta come CA - corrente alternata - elettricità. Invece di fluire direttamente tra una coppia di terminali, la corrente alternata oscilla e il numero di cicli al secondo è espresso come hertz. La frequenza dell'elettricità generata non è la stessa in tutti i paesi, ma è uniforme a 60 Hz in tutto il Nord America. In generale, l'energia elettromagnetica è costituita da forme d'onda oscillanti e la frequenza delle oscillazioni, espressa in Hz, determina le caratteristiche della radiazione.
L'origine dell'unità Hertz
L'Hertz prende il nome da Heinrich Hertz (1857-1894), un fisico tedesco accreditato per aver dimostrato l'esistenza di radiazioni elettromagnetiche. Le sue scoperte hanno confermato le teorie stabilite da James Clerk Maxwell e presentate nelle quattro famose equazioni che stabiliscono che la luce e il calore sono fenomeni elettromagnetici.
Lungo la strada, Hertz è stato anche il primo ricercatore a confermare l'esistenza dell'effetto fotoelettrico e il primo a rilevare le onde radio. Non un uomo pratico, Hertz non credeva che questi traguardi avrebbero avuto qualche utilità nel mondo, ma in realtà hanno gettato le basi per la moderna era wireless. Nonostante tutti i suoi successi, il mondo scientifico onorò Hertz nel 1930 nominando l'unità di frequenza dopo di lui.
Perché l'elettricità generata è ciclica?
Le centrali elettriche di tutto il mondo generano elettricità per induzione elettromagnetica, un fenomeno scoperto dal fisico Michael Faraday e studiato dai fisici nel corso del XIX secolo. La base di questo fenomeno è che un cambiamento di file magnetico induce una corrente elettrica in un conduttore. Le stazioni di generazione fanno uso di questo principio usando il vapore per ruotare una grande bobina conduttiva in un forte campo magnetico. A causa della rotazione della bobina, l'elettricità generata cambia polarità ad ogni rotazione della bobina. È noto come corrente alternata e la frequenza dello spostamento di polarità, misurata in Hz, dipende dalla velocità di rotazione della turbina.
Lo standard nordamericano di 60 Hz risale a Nikola Tesla, che ha progettato la prima centrale elettrica alle Cascate del Niagara. Tesla ha scoperto che 60 Hz era la frequenza più efficiente per la distribuzione di energia lungo le linee elettriche. In Europa e in alcune parti dell'Asia, dove la frequenza standard della corrente alternata è di 50 Hz, la trasmissione di elettricità è dal 15 al 20 percento meno efficiente.
L'unità Hertz nella radiazione elettromagnetica
In qualsiasi tipo di fenomeno ondoso, la frequenza e la lunghezza d'onda sono quantità reciproche. Poiché tutte le radiazioni elettromagnetiche viaggiano alla stessa velocità - la velocità della luce - la frequenza della radiazione diminuisce man mano che la lunghezza d'onda aumenta. Durante lo sviluppo dei concetti alla base della fisica quantistica, Max Planck ha scoperto che l'energia (E) di un pacchetto di onde di luce - un quanto - è proporzionale alla sua frequenza (f). L'equazione è E = HF, dove h è costante di Plancks.
La radiazione con la più alta energia è quella con la più alta frequenza, ed è spesso misurata in megahertz (106 Hz), gigahertz (109 Hz) fino a Peta Hertz (1015 Hz). Le radiazioni con frequenze nell'intervallo petahertz possono esistere nei nuclei dei buchi neri e dei quasar, ma non nel mondo terrestre quotidiano degli esseri umani.