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Articulo de referencia

Hertz

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El hercio (símbolo: Hz ) es la unidad de frecuencia en el Sistema Internacional de Unidades (SI), a menudo descrita como equivalente a un evento (o ciclo ) por segundo . [ 1 ] [ a ] ​​El hercio es una unidad derivada del SI cuya expresión formal en términos de unidades base del SI es 1/s o s −1 , lo que significa que un hercio es uno por segundo o el recíproco de un segundo . [ 2 ] Se utiliza solo en el caso de eventos periódicos. Recibe su nombre de Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894), la primera persona en proporcionar una prueba concluyente de la existencia de ondas electromagnéticas . Para altas frecuencias, la unidad se expresa comúnmente en múltiplos : kilohercio ( kHz ), megahercio ( MHz ), gigahercio ( GHz ), terahercio ( THz ).

Algunos de los usos más comunes de esta unidad se encuentran en la descripción de formas de onda periódicas y tonos musicales , particularmente aquellos utilizados en aplicaciones de radio y audio. También se utiliza para describir la velocidad de reloj a la que funcionan las computadoras y otros dispositivos electrónicos. En ocasiones, la unidad también se utiliza como representación de la energía de un fotón , mediante la relación de Planck E  = hν , donde E es la energía del fotón, ν es su frecuencia y h es la constante de Planck . 

Definición

El hercio se define como uno por segundo para eventos periódicos. El Comité Internacional de Pesas y Medidas definió el segundo como "la duración de9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio -133" [ 3 ] [ 4 ] y luego añade: "De ello se deduce que el desdoblamiento hiperfino en el estado fundamental del átomo de cesio 133 es exactamente9 192 631 770  hercios , ν hfs Cs =9 192 631 770  Hz ." La dimensión de la unidad hercio es 1/tiempo (T −1 ). Expresada en unidades base del SI, la unidad es el segundo recíproco (1/s).

En inglés, "hertz" también se usa como forma plural. [ 5 ] Como unidad del SI, Hz puede ir prefijado ; los múltiplos comúnmente utilizados son kHz (kilohertz,10 3  Hz ), MHz (megahercios,10 6  Hz ), GHz (gigahercios,10 9  Hz ) y THz (terahercios,10 12  Hz ). Un hercio (es decir, uno por segundo) simplemente significa "un evento periódico ocurre por segundo" (donde el evento que se cuenta puede ser un ciclo completo);100  Hz significa "cien eventos periódicos ocurren por segundo", y así sucesivamente. La unidad se puede aplicar a cualquier evento periódico; por ejemplo, se podría decir que un reloj hace tictac a1  Hz , o se podría decir que un corazón humano late a1,2  Hz .

La tasa de ocurrencia de eventos aperiódicos o estocásticos se expresa en segundos recíprocos o segundos inversos (1/s o s −1 ) en general o, en el caso específico de la radiactividad , en becquerelios . [ b ] Mientras que1  Hz (uno por segundo) se refiere específicamente a un ciclo (o evento periódico) por segundo,1  Bq (también uno por segundo) se refiere específicamente a un evento de radionúclido por segundo en promedio.

Aunque la frecuencia, la velocidad angular , la frecuencia angular y la radiactividad tienen todas la dimensión T −1 , de estas solo la frecuencia se expresa utilizando la unidad hercio. [ 7 ] Así, se dice que un disco que gira a 60 revoluciones por minuto (rpm) tiene una velocidad angular de 2 π  rad/s y una frecuencia de rotación de1  Hz . La correspondencia entre una frecuencia f con la unidad de hercio y una velocidad angular ω con la unidad de radianes por segundo es

ω=2πF{\displaystyle \omega =2\pi f}yF=ω2π.{\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}.}

El hercio recibe su nombre de Heinrich Hertz . Al igual que todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (Hz), pero cuando se escribe completo, sigue las reglas de capitalización de los sustantivos comunes ; es decir, hercio se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en los demás casos se escribe con minúscula.

Historia

El hercio recibe su nombre del físico alemán Heinrich Hertz (1857-1894), quien realizó importantes contribuciones científicas al estudio del electromagnetismo . El nombre fue establecido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en 1935. [ 8 ] Fue adoptado por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) ( Conférence générale des poids et mesures ) en 1960, reemplazando el nombre anterior de la unidad, "ciclos por segundo" (cps), junto con sus múltiplos relacionados, principalmente "kilociclos por segundo" (kc/s) y "megaciclos por segundo" (Mc/s), y ocasionalmente "kilomegaciclos por segundo" (kMc/s). En algunas circunstancias, "megaciclos" se usó como contracción de "megaciclos por segundo". [ 9 ]

La sustitución de "ciclos por segundo" por "hercios" en la prensa popular comenzó a finales de la década de 1960. [ 10 ]

Aplicaciones

Una onda sinusoidal con frecuencia variable
Un latido cardíaco es un ejemplo de fenómeno periódico no sinusoidal que puede analizarse en términos de frecuencia. Se ilustran dos ciclos.

Sonido y vibración

El sonido es una onda longitudinal viajera , que es una oscilación de presión . Los humanos perciben la frecuencia de un sonido como su tono . Cada nota musical corresponde a una frecuencia particular. El oído de un bebé es capaz de percibir frecuencias que van desde20  Hz a20 000  Hz ; el ser humano adulto promedio puede oír sonidos entre20  Hz y16 000  Hz . [ 11 ] El rango de ultrasonido , infrasonido y otras vibraciones físicas como las vibraciones moleculares y atómicas se extiende desde unos pocos femtohercios [ 12 ] hasta el rango de terahercios [ c ] y más allá. [ 12 ]

Radiación electromagnética

La radiación electromagnética se describe a menudo por su frecuencia —el número de oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos perpendiculares por segundo—, expresada en hercios.

La radiación de radiofrecuencia se suele medir en kilohertz (kHz), megahertz (MHz) o gigahertz (GHz), siendo estos últimos conocidos como microondas . La luz es radiación electromagnética de frecuencia aún mayor, con frecuencias que van desde decenas de terahertz (THz) —infrarrojo— hasta unos pocos petahertz (PHz) —ultravioleta— . El espectro visible se sitúa entre 400 y 790  THz. La radiación electromagnética con frecuencias en el rango bajo de terahertz (intermedia entre las frecuencias de radio más altas normalmente utilizables y la luz infrarroja de onda larga) se denomina a menudo radiación de terahertz . Las frecuencias más altas, como las de los rayos X y los rayos gamma , se pueden describir en exahertz (EHz).

Por razones históricas y prácticas, la radiación electromagnética del infrarrojo y superiores se suele especificar en términos de su longitud de onda en nm ; los rayos X y superiores, por sus energías fotónicas en eV (keV a GeV y superiores). Para un análisis más detallado de estos rangos de frecuencia, véase el espectro electromagnético .

Ondas gravitacionales

Las observaciones de ondas gravitacionales se realizan en el  rango de 30 a 7000 Hz mediante interferómetros láser como LIGO , y en el  rango de nanohertz (1 a 1000 nHz) mediante redes de cronometraje de púlsares . Se planean futuros detectores espaciales para cubrir esta brecha, con LISA operando de 0,1 a 10  mHz (con cierta sensibilidad de 10  μHz a 100  mHz), y DECIGO en el  rango de 0,1 a 10 Hz.

Computadoras

En las computadoras, la mayoría de las unidades centrales de procesamiento (CPU) se etiquetan en términos de su frecuencia de reloj expresada en megahercios ( MHz ) o gigahercios ( GHz ). Esta especificación se refiere a la frecuencia de la señal de reloj maestra de la CPU . Esta señal es nominalmente una onda cuadrada , que es un voltaje eléctrico que cambia entre niveles lógicos bajos y altos a intervalos regulares. Dado que el hercio se ha convertido en la principal unidad de medida aceptada por el público en general para determinar el rendimiento de una CPU, muchos expertos han criticado este enfoque, que afirman que es un punto de referencia fácilmente manipulable . Algunos procesadores utilizan varios ciclos de reloj para realizar una sola operación, mientras que otros pueden realizar varias operaciones en un solo ciclo. [ 13 ] Para las computadoras personales, las velocidades de reloj de la CPU han oscilado entre aproximadamente1  MHz a finales de la década de 1970 ( computadoras Atari , Commodore , Apple ) hasta6  GHz en microprocesadores IBM Power .

Diversos buses informáticos , como el bus frontal que conecta la CPU y el puente norte , también operan a diversas frecuencias en el rango de los megahercios.

múltiplos del SI

Se cree que las frecuencias más altas que las que el Sistema Internacional de Unidades (SIU) especifica como prefijos se producen de forma natural en las frecuencias de las vibraciones cuántico-mecánicas de partículas masivas, aunque estas no son directamente observables y deben inferirse a través de otros fenómenos. Por convención, estas frecuencias no se expresan normalmente en hercios, sino en términos de energía equivalente, que es proporcional a la frecuencia por el factor de la constante de Planck .

Unicode

El bloque de compatibilidad CJK en Unicode contiene caracteres para unidades SI comunes de frecuencia. Estos están destinados a la compatibilidad con las codificaciones de caracteres de Asia Oriental y no para su uso en documentos nuevos (que se esperaría que utilizaran letras latinas, por ejemplo, "MHz"). [ 14 ]

  • U+3339 ㌹ CUADRADO HERUTU (ヘルツ, herutsu )
  • U+3390 ㎐ CUADRADO HZ (Hz)
  • U+3391 ㎑ CUADRADO KHZ (kHz)
  • U+3392 ㎒ MHZ CUADRADO (MHz)
  • U+3393 ㎓ CUADRADO GHZ (GHz)
  • U+3394 ㎔ THZ CUADRADO (THz)

Véase también

Notas

  1. ↑ Aunque a menudo se dice que el hercio implica ciclos por segundo (cps), el SI establece explícitamente que "ciclo" y "cps" no son unidades del SI, probablemente debido a la ambigüedad de los términos. [ 2 ]
  2. ↑ "(d) El hercio se utiliza únicamente para fenómenos periódicos, y el becquerel (Bq) se utiliza únicamente para procesos estocásticos en la actividad referida a un radionúclido." [ 6 ]
  3. ↑ Las vibraciones atómicas suelen estar en el orden de decenas de terahercios.

Referencias

  1. ↑ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3.ª ed.), Boston: Houghton Mifflin.
  2. 1 2 "Folleto del SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) – 9.ª edición" (PDF) . BIPM. pág.  26. Consultado el 7 de agosto de 2022 .
  3. ↑ "Folleto del SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) § 2.3.1 Unidades básicas" (PDF) (en inglés británico y francés) (9.ª ed.). BIPM . 2019. p. 130. Consultado el 2 de febrero de 2021 .  
  4. ↑ "Folleto del SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) § Apéndice 1. Decisiones de la CGPM y la CIPM" (PDF) (en inglés británico y francés) (9.ª ed.). BIPM . 2019. p. 169. Consultado el 2 de febrero de 2021 .  
  5. ↑ Guía del NIST sobre las unidades del SI: 9 reglas y convenciones de estilo para la ortografía de los nombres de las unidades , Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
  6. ↑ "BIPM – Tabla 3" . BIPM . Consultado el 24 de octubre de 2012 .
  7. ↑ "Folleto SI, Sección 2.2.2, párrafo 6" . Archivado del original el 1 de octubre de 2009.
  8. ↑ "Historia de la IEC" . Iec.ch. Archivado del original el 19 de mayo de 2013. Consultado el 6 de enero de 2021 .
  9. ↑ Pellam, JR; Galt, JK (1946). "Propagación ultrasónica en líquidos: I. Aplicación de la técnica de pulsos a mediciones de velocidad y absorción a 15 megaciclos". The Journal of Chemical Physics . 14 (10): 608– 614. Bibcode : 1946JChPh..14..608P . doi : 10.1063/1.1724072 . hdl : 1721.1/5042 .
  10. ↑ Cartwright, Rufus (marzo de 1967). Beason, Robert G. (ed.). "¿El éxito arruinará a Heinrich Hertz?" (PDF) . Electronics Illustrated . Fawcett Publications, Inc. págs. 98–99 . 
  11. ↑ Ernst Terhardt (20 de febrero de 2000). "Región espectral dominante" . Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. Archivado del original el 26 de abril de 2012. Recuperado el 28 de abril de 2012 .
  12. 1 2 "Ondas sonoras de agujeros negros – Dirección de misiones científicas" . science.nasa.go. Archivado del original el 5 de mayo de 2021. Recuperado el 12 de julio de 2017 .
  13. ↑ Asaravala, Amit (30 de marzo de 2004). "Good Riddance, Gigahertz" . Wired . Recuperado el 28 de abril de 2012 .
  14. ↑ Consorcio Unicode (2019). "El estándar Unicode 12.0 – Compatibilidad CJK ❰ Rango: 3300—33FF ❱" (PDF) . Unicode.org . Consultado el 24 de mayo de 2019 .
  • Folleto del SI: Unidad de tiempo (segundo)
  • Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Reloj de fuente de cesio. Archivado el 5 de diciembre de 2021 en Wayback Machine.
  • Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Estándar de frecuencia óptica basado en un solo ion atrapado (archivado el 23 de diciembre de 2013)
  • Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Peine de frecuencias ópticas (archivado el 27 de junio de 2013)
  • Laboratorio Nacional de Física: Tiempo y frecuencia. Relojes atómicos ópticos.