«هرتز» و کاربرد‌های آن در فناوری

_ آنا نوشت: هرتز (با نماد Hz) در سیستم بین‌المللی واحد‌ها (SI) به عنوان واحد فرکانس یا بسامد یک دور در ثانیه تعریف می‌شود. این واحد از روی نام هاینریش رودلف هرتز، اولین شخصی که نظریه اثبات قطعی وجود امواج الکترومغناطیسی را ارائه داد، نامگذاری شده است.

 

اگرچه جیمز کلارک ماکسول، قبل از رودلف هرتز امواج الکترومغناطیسی را پیش‌بینی کرده بود، اما او اولین کسی بود که توانست این نظریه را اثبات کند. همچنین تلاش‌های این دانشمند در سازوکار رادار‌ها و امواج بی‌سیم و بسیاری چیز‌های دیگر در علوم قابل توجه است.

 

 

واحد هرتز معمولاً از طریق مضرب‌هایش شناخته می‌شود: کیلوهرتز (۱۰^۳ هرتز، کیلوهرتز)، مگاهرتز (۱۰^۶ هرتز، مگاهرتز)، گیگا هرتز (۱۰^۹ هرتز، گیگاهرتز) و.... از متداول‌ترین کاربرد‌های این واحد در توصیف امواج سینوسی و آهنگ‌های موسیقی است، به ویژه صدا‌هایی که در برنامه‌های صوتی و مرتبط با رادیو استفاده می‌شوند. همچنین برای توصیف سرعت ریزپردازنده یا نرخ زمانی که کامپیوتر‌ها و سایر وسایل الکترونیکی براساس آن کار می‌کنند مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این واحد بعضاً به عنوان نمایش انرژی، از طریق معادله انرژی فوتون (E = hν) استفاده می‌شود، به طوری که یک هرتز معادل ثابت پلانک ژول است.

 

چنانچه پیشتر بیان شد واحد هرتز از روی نام فیزیکدان آلمانی، رودلف هرتز (۱۸۵۷–۱۸۹۴)، که کمک شایانی به مطالعات الکترومغناطیس کرد برگرفته شده است. این نام توسط کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) در سال ۱۹۳۵ وضع شد و در سال ۱۹۶۰ توسط کنفرانس عمومی وزن و اندازه گیری (CGPM) به تصویب رسید و جایگزین نام قبلی این واحد، سیکل در ثانیه (cps) همراه با واحد‌های مشتق شده‌اش مانند کیلوسیکل در ثانیه شد (kc/s) و مگاسیکل در ثانیه (Mc/s) شد. واحد سیکل در دهه هفتاد عمدتاً کنار رفت، اما همچنان به ندرت پیرمرد‌های فیزیک را در دانشگاه‌های معتبر جهان پیدا می‌کنید که بر این واحد قدیمی پافشاری دارند، همچنین مجله Electronics Illustrated برای پایبندی به واحد‌های سنتی تا آخرین شماره خود از واحد kc و Mc استفاده می‌کرد.

 

یک هرتز خیلی ساده به معنای یک دور در ثانیه است (به طور معمول آنچه که شمارش می‌شود یک چرخه کامل است). ۱۰۰ هرتز به معنای صد دور در ثانیه است. این واحد را همچنین ممکن است برای یک رویداد دوره‌ای به کار ببرند، به عنوان مثال گفته می‌شود که ساعت با سرعت ۱ هرتز حرکت می‌کند یا قلب انسان با سرعت ۱،۲ هرتز می‌تپد.

 

صدا یک موج طولی (longitudinal wave) در حال حرکت است. انسان، فرکانس امواج صوتی را به صورت زیروبمی (pitch) درک می‌کند. هر نت موسیقی با فرکانس خاصی مطابقت دارد که با هرتز قابل اندازه‌گیری است. گوش نوزاد قادر به درک فرکانس‌های مختلف از ۲۰ هرتز تا ۲۰ هزارهرتز است. اما به طور متوسط انسان بالغ می‌تواند صدا‌هایی بین ۲۰ هرتز تا ۱۶۰۰۰ هرتز را بشنود.

 

دامنه امواج فراصوتی که در درمان و جراحی به کار می‌روند و سایر ارتعاشات فیزیکی مانند ارتعاشات مولکولی و اتمی از چند فمتوهرتز (۱۰^-۱۵ هرتز) تا تراهرتز (۱۰^۱۲ هرتز) و بالاتر گسترش می‌یابد.

 

تابش الکترومغناطیسی اغلب با فرکانس آن یعنی تعداد نوسانات میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عمود بر ثانیه – در واحد هرتز توصیف می‌شود. تشعشع فرکانس رادیویی معمولاً با کیلوهرتز (kHz)، مگاهرتز (MHz) یا گیگا هرتز (GHz) اندازه‌گیری می‌شود.

 

به طور کلی نور یک جور تابش الکترومغناطیسی است که فرکانس بالایی دارد، دارای فرکانس‌هایی از محدوده ده تراهرتز (مادون قرمز) تا هزاران تراهرتز (فرابنفش) است. تابش‌های الکترومغناطیسی با فرکانس‌هایی در محدوده تراهرتز (بین بالاترین فرکانس‌های رادیویی قابل استفاده معمول و نور مادون قرمز موج-بلند) را اغلب اشعه تراهرتز می‌نامند.

 

البته باید دانست که حتی فرکانس‌های بالاتری مانند پرتو‌های گاما نیز وجود دارند که می‌تواند در خارج از محدوده هرتز یا اصطلاحاً exahertz اندازه‌گیری شود (فرکانس‌های نور و تابش الکترومغناطیسی با فرکانس بالاتر معمولاً از منظر طول موج یا انرژی فوتون مشخص می‌شوند.).

 

عملکرد واحد پردازش مرکزی (CPU) که بسیاری آن را مغز کامپیوتر می‌دانند با نرخ سرعت ریزپردازنده به صورت مگاهرتز  و یا گیگاهرتز  تعیین می‌شود. این واحد به فرکانس سیگنال‌های CPU  اشاره دارد. سیگنال‌های مزبور موجی مربعی‌شکل به صورت ولتاژ الکتریکی دارند و در فواصل منظم بین مقادیر منطقی کم و زیاد ارسال می‌شوند. بسیاری از کارشناسان نسبت به اینکه هرتز به واحد اصلی اندازه‌گیری تعیین عملکرد پردازنده‌ها تبدیل شده است انتقاد دارند، زیرا آن را یک معیار قابل دستکاری می‌دانند.

 

بعضی از پردازنده‌ها از چندین نرخ زمانی برای انجام یک عمل استفاده می‌کنند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند چندین عمل را در یک چرخه انجام دهند. در کامپیوتر‌های شخصی، سرعت ریزپردازنده از تقریباً ۱ مگاهرتز (آتاری، کمودور، کامپیوتر‌های اپل) در اواخر دهه هفتاد تا ۶ گیگاهرتز در ریز پردازنده‌های IBM POWER  متغیر بوده است.