هرتز

الهرتز (رمزه بالعربية: هز وبالإنجليزية Hz) هووحدة قياس التردد لدى نظام الوحدات الدولي ويعرّف بأنه دورة لكل الثانية ، سمي باسم العالم الألماني هاينريش هيرتز (Heinrich Hertz) الذي كان أول إنسان يثبت وجود الأمواج الكهرومغناطيسية، وغالبا ما يعبر عن الهرتز بمضاعفاته: كيلوهرتز (10³ هز، رمزه كهز)، ميغاهرتز (10⁶ هز، رمزه مغهز)، جيغاهرتز (10⁹ هز، رمزه غهز)، تيراهرتز (10¹² هز، رمزه تهز).

تستخدم وحدات التردد في وصف ترددات الأمواج الصوتية والكهرومغناطيسية بما فيها الترددات الراديوية، وتستخدم كذلك في وصف السرعات التي تشتغل عليها الحواسيب ومختلف الأجهزة الإلكترونية.

تعريف

الهرتز وحدة دولية مشتقة من وحدة الزمن الأساسية التي هي الثانية، ويساوي الهرتز: "1 / ثانية" أو ثـا^-1، وقد عرّفت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس الثانية بأنها: مـدة 9.192.631.770 دور لشعاع ناتج عن انتنطق إلكترون بين مستويي الطاقة الفائقين في الحالة القاعية لنظير ذرة السيزيوم 133.، وحدد المخط الدولي للأوزان والمقاييس حتى الهرتز يستخدم لقياس الظواهر الدورية فقط وأن البيكريل يستخدم لقياس الظواهر العشوائية المتعلقة بالنويدات المشعة فقط.

وبشكل عام يتم تعريف الهرتز على أنه: عدد تكرار أوتردد ظاهرة دورية خلال ثانية واحدة، ومنه فإن 1 هرتز يعني تكرر الظاهرة مرة واحدة خلال ثانية و1000 هرتز تكرر الظاهرة ألف مرة خلال ثانية واحدة (أنظر شكل1)، لا تختص وحدة الهرتز بحساب تردد الأمواج فحسب بل تستخدم لكل الظواهر الدورية حيث يمكن على سبيل المثال القول حتى الساعة تدق بمعدل 1 هرتز أوحتى المعدل الطبيعي لدقات قلب الإنسان هو1.33 هرتز (80 دقة في الدقيقة)

يعبر الهرتز عن سرعة تكرر الظاهرة وفي حساب الأمواج فإن له علاقة بالسرعة (v) وطول الموجة (λ) ويعطى بالعلاقة التالية:

{\displaystyle {\frac {v {\lambda =f

حيث: ${\displaystyle {\frac {v {f =\lambda$ و ${\displaystyle \lambda \cdot f=v$

ويعطى بالدور حسب العلاقة:

{\displaystyle {\frac {1 {T =f

شكل1:موجة جيبية متغيرة التردد، (يزيد التردد حدثا تكررت الموجة في نفس المدة وهي 1 ثا).

باستخدام تحليل بعدي يمكن استنتاج حتى الهرتز يساوي عملا ثـا^-1، بتعويض وحدة السرعة (المتر على الثانية) والمسافة (المتر) في المعادلة الأولى نجد:

{\displaystyle \;s^{-1 ={\frac {1 {s =\mathrm {{\frac {m {s\cdot m ={\frac {v {\lambda =f

ورغم حتى للسرعة الزاوية والتردد الزاوي والهرتز نفس البعد 1/ثا، إلا أنه لا يعبر عن التردد الزاوي والسرعة الزاوية بالهرتز وإنما بوحدة زاوية أكثر ملائمة مثل الراديان على الثانية ومنه إذا كان قرص يدور بمعدل 60 دورة في الدقيقة ينطق أنه يدور بمعدل π2 راد/ثا أدق من 1 هرتز لأن الوحدة الأولى تعبر عن السرعة الزاوية والثانية عن عدد الدورات المكتملة خلال ثانية، التحويل بين التردد f المقاس بالهرتز والسرعة الزاوية ω المقاسة بالراديان على الثانية يعطى بالعلاقة التالية:

{\displaystyle 2\pi f\,=\omega

و

{\displaystyle {\frac {\omega {2\pi \,=f

تاريخ

سمي الهرتز باسم الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز (1857–1894)، الذي أسهم بشكل كبير في دراسات الكهرومغناطيسية، تم اعتماد الاسم من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) سنة 1930 ، واعتمده المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM) في 1960، واتخذ مكان الوحدة القديمة دورة لكل ثانية (cps) وكذلك مضاعفاتها بشكل أساسي كيلودورة لكل ثانية، ميجادورة لكل ثانية وأحيانا كيلوميجادورة لكل ثانية استبدلت بمضاعفات الهرتز، المصطلح دورة لكل ثانية تم استبداله بشكل كبير وعملي في العقد 1970.

استخدامات

الموجة الصوتية

النوتة لا تحدد في الأغلب على تردد 440 هرتز

ينتقل الصوت على شكل موجات طولية وهي تذبذب في ضغط الوسط الناقل، يفهم ويفسر الإنسان تردد الأمواج الصوتية بحدتها، توافق جميع درجة موسيقية ترددا محددا للأمواج الصوتية يمكن حتى يقاس بالهرتز. متوسط مجال الترددات الصوتية التي يمكن للإنسان إدراكها هي من 20 هرتز حتى 20 كيلوهرتز وذلك تحت الشروط اختبارية مثالية (درجة حرارة هواء 17 مئوية وطول موجة بين 1.7 سنتمتر حتى 17 متر)، ويمكن للإنسان سماع ترددات صغيرة تصل لـ 12 هرتز وكبيرة تصل إلى 28 كيلوهرتز، غير حتى العتبة القصوى تنقص إلى 15 كيلوهرتز عند الإنسان البالغ وذلك تبعا للقناة السمعية الأخيرة للقسقطة، الإنسان حساس أكثر (يمكنه إدراك شدات صغيرة) للترددات بين ألفين وخمسة آلاف هرتز.. مجال الموجات فوق الصوتية والتحت صوتية والترددات الفيزيائية الأخرى مثل الاهتزازات الجزيئية والذرية يتراوح من عدة فيمتوهرتز حتى يصل إلى حدود التيراهرتز وأكثر.

الموجة الكهرومغناطيسية

طيف كهرومغناطيسي، مشروحة فيها ترددات الطيف المرئية.

يعبر عن الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة تردده وهوعدد ذبذبات المجالين الكهربائي والمغناطيسي المتعامدين في الثانية ويقاس بالهرتز.

يقاس التردد الراديوي عادة بالكيلوهرتز أوالميغاهرتز أوالجيغاهرتز. الضوء تعبير عن إشعاع كهرومغناطيسي بترددات أعلى تتراوح بين عدة عشرات (أشعة تحت حمراء) إلى آلاف (أشعة فوق البنفسجية) التيراهرتزات، ويطلق على الترددات المنخفضة في مجال التراهرتز أشعة تيراهيرتز.

توجد ترددات أعلى في الطبيعة مثل أشعة غاما والتي تقاس بالإكزاهرتز. ترددات الضوء والترددات الكهرومغناطيسية الأعلى يعبر عنها في الغالب بطول الموجة، أوطاقة الفوتون.

الحواسيب

في الحواسيب يقترن أداء معظم وحدات المعالجة المركزية بواسطة معدل ساعاتها الذي يعبر عنه بالميجاهرتز أوالجيغاهرتز، ومعدل الساعة هوعدد إشارات الساعة التي يمكن لوحدة معالجة مركزية حتى تقوم فيها بمعالجة تعليمة (أوجزء منها) خلال ثانية واحدة، فإذا كان لحاسوب ما وحدة معالجه مركزيه بسعة (6 جيجاهرتز) فهذا يعني أنه بإمكانها معالجة 6x10⁹ تعليمة أوجزء منها خلال ثانية، ومنه الهرتز في الحاسوب هوعدد إشارات الساعة في الثانية.

إشارة الساعة تعبير عن موجة مربعة تعبر عن جهد كهربائي يتغير بين قيمتين عالية ومنخفضة بشكل منتظم ينتجها مولد نبضات وتسمح إشارة الساعة بمزامنة مراحل معالجة تعليمة حاسوبية، بحيث في جميع إشارة ينتقل المعالج إلى الفترة التالية.

الحكم على قوة المعالج وأدائه من خلال معدل ساعة وحده مفهوم خاطئ فهناك معالجات تستخدم عدة معدلات ساعة لتطبيق تعليمة واحدة في حين حتى أخرى يمكنها تطبيق عدة تعليمات خلال معدل ساعة واحد، ومنه فإن قياس أداء المعالج يعتمد كذلك على تعليمة لكل دورة وهوعدد التعليمات المعالجة خلال معدل ساعة واحد.

المضاعفات

المضاعفات الهرتز (هز) حسب نظام الوحدات الدولي
القيمة	الرمز	الاسم	القيمة	الرمز	الاسم
القواسم			المضاعفات
¹⁻10 هز	دهز	الـديسيهرتز	¹10 هز	داهز	الـديكاهرتز
²⁻10 هز	سـهز	الـسنتيهرتز	²10 هز	هـهز	الـهكتوهرتز
³⁻10 هز	مـهز	الـمليهرتز	³10 هز	كـهز	الـكيلوهرتز
⁶⁻10 هز	مكـهز	الـميكروهرتز	⁶10 هز	مغهز	الـميغاهرتز
⁹⁻10 هز	نـهز	الـنانوهرتز	⁹10 هز	جـهز	الـجيجاهرتز
10⁻¹² هز	بـهز	الـبيكوهرتز	10¹² هز	تـهز	الـتيراهرتز
10⁻¹⁵ هز	فهز	الـفمتوهرتز	10¹⁵ هز	بتهز	الـبيتاهرتز
10⁻¹⁸ هز	آهز	الآتوهرتز	10¹⁸ هز	يهز	الإكزاهرتز
10⁻²¹ هز	زبهز	الـزيبتوهرتز	10²¹ هز	زتهز	الـزيتاهرتز
10⁻²⁴ هز	يكهز	الـيوكتوهرتز	10²⁴ هز	يوهز	الـيوتاهرتز
المضاعفات المشهورة بخط عريض

انظر أيضا

أمواج تيراهرتز
سرعة الضوء
سرعة الصوت

مراجع

^ تعريب أسماء وحدات القياس الدولية ورموزها نسخة محفوظة 11 فبراير 2014 على مسقط واي باك مشين.
^ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3rd ed.), Boston: Houghton Mifflin.
^ وحدة الزمن (الثانية) نسخة محفوظة 08 يوليو2018 على مسقط واي باك مشين.
^ النظام الدولي للوحدات (SI) الإصدار الثامن 2006، ص 26 الملاحظة d. نسخة محفوظة 08 يوليو2018 على مسقط واي باك مشين.
^ تاريخ اللجنة الكهروتقنية الدولية اطلع عليه بتاريخ 29-11-2016 نسخة محفوظة 02 يوليو2018 على مسقط واي باك مشين.
^ Rosen, Stuart (2011). Signals and Systems for Speech and Hearing (2nd ed.). BRILL. p. 163. "For auditory signals and human listeners, the accepted range is 20Hz to 20kHz, the limits of human hearing"
^ Rossing, Thomas (2007). Springer Handbook of Acoustics. Springer. pp. 747, 748. ISBN 978-0387304465.
^ Olson, Harry F. (1967). Music, Physics and Engineering. Dover Publications. p. 249. ISBN 0-486-21769-8. "Under very favorable conditions most individuals can obtain tonal characteristics as low as 12 cycles."
^ Gelfand, Stanley (2011). Essentials of Audiology. Thieme. p. 87. ISBN 1604061553. "hearing is most sensitive (i.e., the least amount of intensity is needed to reach threshold) in the 2000 to 5000 Hz range"
^ تعليمة لكل دورة نسخة محفوظة 23 يونيو2018 على مسقط واي باك مشين.