תוֹכֶן
אתה שומע את המונח הרץ בחשמל כמו גם כאשר דנים בהעברת גלים אלקטרומגנטיים - מהם גלי האור והרדיו הם דוגמאות - ומהירות מעבדי מחשבים. הגורם השכיח בכל התופעות הוא שהוא כרוך בתנודה מסוג כלשהו, ויחידת הרץ משמשת למדידת תדירות התנודות הללו. יש לזה משמעות פשוטה. הרץ אחד הוא פשוט מחזור אחד בשנייה. בדרך כלל כתוב בצורתו המקוצרת, שהיא הרץ. כך, במקום לכתוב 100 מחזורים בשנייה, מדענים כותבים 100 הרץ.
החשמל המניע בתים ברחבי העולם מכונה חשמל - זרם חילופין - חשמל. במקום לזרום ישירות בין זוג מסופים, זרם זרם חילופין מתנדנד ומספר המחזורים בשנייה מתבטא בהרץ. תדירות החשמל המיוצר אינה זהה בכל מדינה, אך היא אחידה של 60 הרץ בכל צפון אמריקה. באופן כללי, אנרגיה אלקטרומגנטית מורכבת מצורות גל מתנדפות, ותדירות התנודות, המתבטאות כ- Hz, קובעת את מאפייני הקרינה.
מקור יחידת הרץ
הרץ נקרא על שם היינריך הרץ (1857–1894), פיזיקאי גרמני שזוכה בהוכחת קיומו של קרינה אלקטרומגנטית. תגליותיו אישרו את התיאוריות שקבע ג'יימס קלרק מקסוול והוצבו בארבע המשוואות המפורסמות שקבעו כי אור וחום הם תופעות אלקטרומגנטיות.
לאורך הדרך, הרץ היה גם החוקר הראשון שאישר את קיומו של האפקט הפוטואלקטרי והראשון שגילה גלי רדיו. איש לא מעשי, הרץ לא האמין שההישגים הללו יש בהם שום שימוש בעולם, אך למעשה הם הניחו את היסודות לעידן האלחוטי המודרני. על כל הישגיו, העולם המדעי כיבד את הרץ בשנת 1930 בכך שקרא ליחידת התדרים על שמו.
מדוע מחולל חשמל מחולל?
תחנות כוח ברחבי העולם מייצרות חשמל באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית, תופעה שהתגלה על ידי הפיזיקאי מייקל פאראדיי ונחקר על ידי פיזיקאים לאורך כל המאה ה -19. הבסיס לתופעה זו הוא שמגנט מתחלף משרה זרם חשמלי במוליך. תחנות ייצור מייצרות עקרון זה באמצעות קיטור לסיבוב סליל מוליך גדול בשדה מגנטי חזק. בגלל סיבוב הסליל, החשמל הנוצר משנה את הקוטביות עם כל סיבוב של הסליל. זה ידוע כזרם חילופין, ותדירות הסטת הקוטביות, הנמדדת ב- Hz, תלויה במהירות הסיבוב של הטורבינה.
התקן הצפון אמריקאי של 60 הרץ חוזר לניקולה טסלה, שהנדסה את תחנת הכוח החשמלית הראשונה במפלי הניאגרה. טסלה גילתה ש -60 הרץ הוא התדר היעיל ביותר להפצת אנרגיה לאורך קווי חשמל. באירופה ובחלקים באסיה, שם התדר הסטנדרטי של זרם זרם חילופין הוא 50 הרץ, העברת החשמל יעילה פחות מ- 15 עד 20 אחוזים.
יחידת הרץ בהקרנה אלקטרומגנטית
בכל סוג של תופעת גל, התדירות ואורך הגל הם כמויות הדדיות. מכיוון שכל הקרינה האלקטרומגנטית נעה באותה מהירות - מהירות האור - תדירות הקרינה יורדת ככל שאורך הגל עולה. כאשר פיתח את המושגים העומדים מאחורי פיזיקת הקוונטים, גילה מקס פלאנק כי האנרגיה (ה) של חבילת אור גלית - קוונטית - פרופורציונאלית לתדר שלה (ו). המשוואה היא ה = hf, איפה ח הוא פלאנקס קבוע.
הקרינה עם האנרגיה הגבוהה ביותר היא זו עם התדר הגבוה ביותר, והיא נמדדת לעתים קרובות במגה-הרץ (106 הרץ), גיגההרץ (109 הרץ) עד לפטה הרץ (1015 הרץ). קרינה עם תדרים בטווח petahertz עשויה להתקיים בליבות של חורים שחורים וקוואזרים, אך לא בעולם הארצי היומיומי של בני האדם.