Hertz (Einheit)
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Das Hertz (mit dem Einheitenzeichen Hz) ist die abgeleitete SI-Einheit für die Frequenz. Sie gibt die Anzahl sich wiederholender Vorgänge pro Sekunde in einem periodischen Signal an. Die Einheit wurde 1930 nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz benannt.
Geschichte
Die Einheit wurde 1930 vom „technischen Komitee für elektrische und magnetische Größen und Einheiten“ der International Electrotechnical Commission vorgeschlagen und 1935 im Rahmen des „Giorgi-Einheitensystems“ bzw. MKS-Einheitensystems eingeführt[1][2], benannt nach Heinrich Hertz. Auf der 11. CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures) 1960 ging das MKS-Einheitensystem im SI-Einheitensystem auf.[3] Seitdem ersetzt die Einheit Hertz die früher in englischsprachiger Literatur übliche Einheit cycles per second = cps bzw. cp/s (Zyklen pro Sekunde).
Verwendung
Trotz der Definition ist die Verwendung der Einheit nicht auf periodische Schwingungen beschränkt. Auch sich regelmäßig wiederholende Ereignisse, wie die Häufigkeit, mit der ein Computer Sicherungskopien von Dateien anlegt oder Steuerungsbefehle erteilt, lässt sich in der Einheit Hertz angeben (Taktfrequenz). Weiterhin wird sie für die Skalierung einer Koordinatenachse im Frequenzraum verwendet, beispielsweise bei einem Absorptionsspektrum oder einem Wellenpaket in der Quantenmechanik.
Die Einheit Hertz soll dagegen nicht für die Angabe von statistisch gemittelter Häufigkeiten zufälliger Prozesse oder für die Angabe einer Winkelgeschwindigkeit oder Kreisfrequenz verwendet werden. Auch wenn diese Größen die gleiche Dimension besitzen und sie daher alle in der Einheit 1/s angegeben werden können, dient der Gebrauch unterschiedlicher Einheiten dazu, die Unterschiede der Größen zu betonen.[4] Eine Frequenz lässt sich durch Multiplikation mit dem Faktor 
in eine Kreisfrequenz umrechnen.
Gebräuchliche dezimale Vielfache
Die Einheit Hz wird häufig mit folgenden Präfixen verwendet:
| Bezeichnung | Einheit | Faktor | Vielfaches | Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| Kilohertz | kHz | 103 | 1000 Hz | tausend Zyklen pro Sekunde. Sehr hohe Töne liegen im Bereich einiger kHz bis 20 kHz. |
| Megahertz | MHz | 106 | 1000 kHz | eine Million Zyklen pro Sekunde. UKW-Rundfunksender senden elektromagnetische Wellen im Bereich um 100 MHz. |
| Gigahertz | GHz | 109 | 1000 MHz | eine Milliarde Zyklen pro Sekunde. Moderne Prozessoren haben eine Taktfrequenz im Bereich von GHz. |
| Terahertz | THz | 1012 | 1000 GHz | eine Billion Zyklen pro Sekunde. Sichtbare elektromagnetische Wellen (Licht) haben Frequenzen im Bereich von 1000 THz. Siehe auch Terahertzstrahlung. |
| Petahertz | PHz | 1015 | 1000 THz | eine Billiarde Zyklen pro Sekunde. Röntgenstrahlung liegt in diesem Bereich. |
Beispiele
Eine Auswahl verschiedener Phänomene unterschiedlicher Frequenzen befindet sich in der Liste Größenordnung (Frequenz).
Drehzahl
In der Schwingungsmesstechnik wird die Drehzahl einer Maschine in Hertz angegeben, man spricht dann von Drehfrequenz. Sonst wird bei Drehzahlen oft die Zahl der Umdrehungen pro Minute angegeben:
- 1 Hz = 60/min
Elektromagnetische Welle
Siehe auch Elektromagnetisches Spektrum
Elektromagnetische Wellen breiten sich im freien Raum mit Lichtgeschwindigkeit aus. Eine Welle mit einer Frequenz von einem Megahertz (Radiowelle) hat zum Beispiel etwa die Wellenlänge von 300 Metern.
Grünes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 500 nm hat eine Frequenz von 605 THz, was wiederum einer Energie von 2,5 eV (Elektronenvolt) entspricht.
Bei elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen im Gigahertz-Bereich ist die Wellenlänge größer, zum Beispiel: Wellenlänge im Mikrowellenherd etwa 12 cm, Wellenlänge beim heimischen Satellitenfernsehempfang etwa 2,5 cm.
Schallwelle
Bei einer Flöte oder Pfeife schwingt Luft periodisch. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle liegt etwa bei 343 Metern pro Sekunde (Schallgeschwindigkeit bei 20 °C Lufttemperatur). Die hörbaren Tonfrequenzen liegen im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz und entsprechen Wellenlängen von einigen Metern bis zu wenigen Zentimetern. Der Kammerton a1 ist auf 440 Hz festgelegt.
Druckwelle
Bei einer Flöte oder Pfeife schwingt Luft periodisch. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwelle liegt etwa bei 343 Metern pro Sekunde (Schallgeschwindigkeit bei 20 °C Lufttemperatur). Die hörbaren Tonfrequenzen liegen im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz und entsprechen Wellenlängen von einigen Metern bis zu wenigen Zentimetern. Der Kammerton a1 ist auf 440 Hz festgelegt.
Stehende Welle
Gegeben sei ein Seil, das an einem Ende festgemacht und am anderen hoch und runter bewegt wird. Dieses Seil schwingt – mit etwas Geschick – als stehende Welle. Die Länge dieser Welle hängt von zwei Faktoren ab: Der Geschwindigkeit der Wellenausbreitung auf dem Seil sowie der Frequenz, mit der das Seil am nicht befestigten Ende bewegt wird.
Frequenzspektrum
Eine Welle oder Schwingung beliebiger Form lässt sich als Überlagerung von Sinusfunktionen unterschiedlicher Frequenzen in einem Frequenzspektrum darstellen, bei der die Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen wird. Die Skalierung der Frequenzachse erfolgt dabei meist in Hertz.
Einzelnachweise
- ↑ IEC History
- ↑ IEC History: 1906–1956 geschrieben vom früheren IEC Generalsekretär Louis Ruppert (PDF; 977 kB)
- ↑ Historical context of the SI
- ↑ SI-Broschüre (PDF; 1,5 MB)