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赫茲

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赫茲
單位制 國際單位制匯出單位
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
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

赫茲(符號:Hz)是頻率國際單位制單位,表示單位時間[需要解釋]內周期性事件發生的次數[1][2]。赫茲是以首個用實驗驗證電磁波存在的科學家海因里希·赫茲命名的,常用於描述正弦波樂音無線電通訊以及電腦時脈等。

定義[編輯]

赫茲的定義為單位時間[需要解釋]內周期性事件發生的次數[3],而國際度量衡委員會定義為:133原子基態的兩個超精細能階躍遷對應輻射的9,192,631,770個週期的持續時間[4],因此133原子基態的兩個超精細能階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。

雖然角速度角頻率頻率一樣,具有時間倒數的因次,但是他們並不用赫茲來表示[5],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1 Hz。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[6],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。[7]

應用[編輯]

一個頻率變化的正弦波
心跳是一種非正弦的周期性現象,亦可用頻率描述。圖中為兩個周期。

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音基頻是440赫茲[8]。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[9]

其他物理振動,例如分子振動的頻率可高至兆赫茲的數量級。[10]

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430–790 THz,紅外線為幾十THz,紫外線為幾千THz。頻率為0.3到3 THz的電磁波常稱為兆赫輻射。頻率高至EHz的電磁波則屬於伽瑪射線。對於可見光及更高頻率的電磁波,通常使用波長光子能量,而非頻率來描述。

電腦[編輯]

在電腦領域,絕大多數中央處理器(CPU)以MHz或GHz標識它們的時脈。這一數值是指CPU的主時鐘脈衝訊號的頻率。時鐘脈衝訊號是一種數位訊號,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效能的主要測量單位,但許多專家並不認同。他們認為這是一種可以輕易操縱英語Megahertz myth的評價方式。有報導指出,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脈的CPU。除了時脈以外,還有電晶體數量、快取大小和匯流排速度等許多其他影響CPU效能的因素[11]。對於家用的個人電腦而言,CPU的時脈從1970年代的1 MHz到IBM POWER的6 GHz不等。

不同的電腦匯流排具有不同的工作頻率,一般以MHz表示。例如前端匯流排的頻率從533MHz至1600MHz不等[12][13]

對於無線通訊而言,根據奈奎斯特穩定準則[14],其使用的訊號頻寬越大,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、韓國台灣美國加拿大使用60赫茲交流電。[15]

赫茲的衍生單位[編輯]

赫茲(Hz)的SI倍數
分數 倍數
符號 名稱 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
粗體為常用單位

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Definition of hertz in English:. en.oxforddictionaries.com. Oxford University Press. [2018-01-22]. 
  2. ^ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3rd ed.), Boston: Houghton Mifflin.
  3. ^ SI brochure: Table 3. Coherent derived units in the SI with special names and symbols. 
  4. ^ [Resolutions of the] CIPM, 1964 – Atomic and molecular frequency standards (PDF). SI brochure, Appendix 1. 
  5. ^ SI brochure, Section 2.2.2, paragraph 6. (原始內容存檔於2009-10-01). 
  6. ^ IEC History. Iec.ch. 1904-09-15 [2012-04-28]. 
  7. ^ Cartwright, Rufus. Beason, Robert G., 編. Will Success Spoil Heinrich Hertz? (PDF). Electronics Illustrated (Fawcett Publications, Inc.). March 1967: 98–99 [2016-03-29]. 
  8. ^ Takasawa, Y.; Nishikawa, R. On the standard pitch A4= 440Hz.. Acoustical Science and Technology. 1996, 52 (5): 368-374. 
  9. ^ 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). 
  10. ^ Black Hole Sound Waves - Science Mission Directorate. science.nasa.go. 
  11. ^ Asaravala, Amit. Good Riddance, Gigahertz. Wired.com. 2004-03-30 [2012-04-28]. 
  12. ^ zhoulujun. 詳解Cpu主頻(內頻)、系統總線頻率(外頻)、前端總線頻. [2018-02-04]. 
  13. ^ 肖紅霞. 計算機CPU的主要性能指標分析及常見故障的排除. 電腦知識與技術:學術交流. 2008年, (4): 191-193. 
  14. ^ 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.  on Alcatel-Lucent website
  15. ^ 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]