Hertz
Unidad SI para frecuencia

hercio
De arriba a abajo: luces parpadeantes en frecuencias f =0,5 Hz ,1,0 Hz y2,0 Hz ; es decir, a 0,5, 1,0 y 2,0 destellos por segundo, respectivamente. El tiempo entre cada destello –el período  T–  está dado por 1 ⁄ f (el recíproco de f  ); es decir, 2, 1 y 0,5 segundos, respectivamente.
información general
Sistema de unidadesSI
Unidad defrecuencia
SímboloHz
Llamado en honor aHeinrich Hertz
En unidades base del SIs -1

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 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 en honor a Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894), la primera persona en proporcionar una prueba concluyente de la existencia de ondas electromagnéticas . Para frecuencias altas, la unidad se expresa comúnmente en múltiplos : kilohercio (kHz), megahercio (MHz), gigahercio (GHz), terahercio (THz).

Algunos de los usos más comunes de la unidad son la descripción de formas de onda periódicas y tonos musicales , particularmente los utilizados en aplicaciones relacionadas con la radio y el audio. También se utiliza para describir las velocidades de reloj a las que se accionan las computadoras y otros dispositivos electrónicos. Las unidades a veces también se utilizan como una representación de la energía de un fotón , a través de 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 un segundo para eventos periódicos. El Comité Internacional de Pesas y Medidas definió el segundo como "la duración de un evento".9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio -133" [3] [4] y luego agrega: "De ello se deduce que la división hiperfina 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 hertz es 1/tiempo (T −1 ). Expresada en unidades básicas del SI, la unidad es el segundo recíproco (1/s).

En inglés, "hertz" también se utiliza como forma plural. [5] Como unidad del SI, Hz puede tener el prefijo ; 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 "ocurre un evento periódico por segundo" (donde el evento que se cuenta puede ser un ciclo completo);100 Hz significa "ocurren cien eventos periódicos 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 a1,2Hz .

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] Considerando 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 éstas sólo la frecuencia se expresa utilizando la unidad hertz. [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 hertz y una velocidad angular ω con la unidad radianes por segundo es

ω = 2 π F {\displaystyle \omega =2\pi f} y F = ω 2 π . {\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}.}

El hercio recibe su nombre de Heinrich Hertz . Como ocurre con todas las unidades del SI que llevan el nombre de una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (Hz), pero cuando se escribe con todas sus letras, sigue las reglas de uso de mayúsculas de un sustantivo común ; es decir, el hercio se escribe con mayúscula al principio de una oración y en los títulos, pero en el resto de los 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 (CEI) 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). El término "ciclos por segundo" fue reemplazado en gran medida por "hercio" en la década de 1970. [9] [ verificación fallida ]

En algunos usos, se omitió "por segundo", de modo que se utilizó "megaciclos" (Mc) como abreviatura de "megaciclos por segundo" (es decir, megahercios (MHz)). [10]

Aplicaciones

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

Sonido y vibración

El sonido es una onda longitudinal que se propaga , es decir, una oscilación de presión . Los seres humanos percibimos 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 escuchar sonidos entre20 Hz y16 000  Hz . [11] El rango de ultrasonidos , infrasonidos y otras vibraciones físicas como 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 a menudo se describe por su frecuencia (el número de oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos perpendiculares por segundo), expresada en hercios.

La radiación de radiofrecuencia se mide generalmente en kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz), siendo estos últimos conocidos como microondas . La luz es una radiación electromagnética que es incluso más alta en frecuencia, y tiene frecuencias en el rango de decenas de terahercios (THz, infrarrojos ) a unos pocos petahercios (PHz, ultravioleta ), siendo el espectro visible de 400-790 THz. La radiación electromagnética con frecuencias en el rango bajo de terahercios (intermedio entre las frecuencias de radio más altas normalmente utilizables y la luz infrarroja de onda larga) a menudo se llama radiación de terahercios . Existen frecuencias incluso más altas, como la de los rayos X y los rayos gamma , que se pueden medir en exahercios (EHz).

Por razones históricas, las frecuencias de la luz y la radiación electromagnética de mayor frecuencia se especifican más comúnmente en términos de sus longitudes de onda o energías de fotones : para un tratamiento más detallado de este y los rangos de frecuencia anteriores, consulte Espectro electromagnético .

Ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales también se describen en hercios. Las observaciones actuales se llevan a cabo en el rango de 30 a 7000 Hz mediante interferómetros láser como LIGO , y en el rango de nanohercios (1 a 1000 nHz) mediante conjuntos de sincronización de púlsares . Se planea que futuros detectores basados ​​en el espacio llenen el vacío, con LISA operando desde 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) están etiquetadas en términos de su velocidad de reloj expresada en megahercios ( MHz ) o gigahercios ( GHz ). Esta especificación se refiere a la frecuencia de la señal de reloj maestro 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. Como el hercio se ha convertido en la unidad de medida principal aceptada por la población en general para determinar el rendimiento de una CPU, muchos expertos han criticado este enfoque, que afirman es un punto de referencia fácilmente manipulable . Algunos procesadores utilizan múltiples ciclos de reloj para realizar una sola operación, mientras que otros pueden realizar múltiples operaciones en un solo ciclo. [13] Para las computadoras personales, las velocidades de reloj de la CPU han variado desde aproximadamente1 MHz a finales de la década de 1970 ( Atari , Commodore , computadoras Apple ) hasta6 GHz en microprocesadores IBM Power .

Varios buses de computadora , como el bus frontal que conecta la CPU y el puente norte , también operan en varias frecuencias en el rango de los megahercios.

Múltiplos del SI

Múltiplos del hercio (Hz) en el SI
SubmúltiplosMúltiplos
ValorSímbolo del SINombreValorSímbolo del SINombre
10 −1  HzdBhzdecihercio10 1  HzdaHzdecahercio
10 −2  HzcHzcentihercio10 2  HzHzhectohercio
10 −3  Hzmegaherciomilihercio10 3  Hzkilocicloskilohercio
10 −6  HzμHzmicrohercio10 6  Hzmegaherciomegahercio
10 −9  HznHznanohercio10,9  Hz​GHzgigahercio
10 −12  HzpHpicohercio10 12  HzTesisterahercio
10 −15  HzfHzfemtohercio10 15  HzPHzpetahercio
10 −18  HzaHzattohercios10 18  HzEHzexahercio
10 −21  HzHzzeptohercio10 21  HzZHzzettahercio
10 −24  HzyHzYoctohercios10 24  HzY HzYottahercios
10 −27  Hzfrecuencia cardíacarontohercio10 27  HzFrecuencia cardíacaronnahertz
10 −30  HzqHzquectohercio10 30  HzQHzQuettahertz
Las unidades con prefijo común están en negrita.

Se cree que las frecuencias más altas que las que proporciona el Sistema Internacional de Unidades se dan de forma natural en las frecuencias de las vibraciones mecánico-cuánticas de partículas masivas, aunque no son directamente observables y deben inferirse a través de otros fenómenos. Por convención, normalmente no se expresan 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 comunes del SI para frecuencia. Estos están pensados ​​para la compatibilidad con codificaciones de caracteres del este asiático, 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 ㎒ CUADRADO MHZ (MHz)
  • U+3393 ㎓ GHZ CUADRADO (GHz)
  • U+3394 ㎔ THZ CUADRADO (THz)

Véase también

Notas

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

Referencias

  1. ^ "hercio". (1992). Diccionario American Heritage del idioma inglés (3.ª ed.), Boston: Houghton Mifflin.
  2. ^ ab «Folleto SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) – 9.ª edición» (PDF) . BIPM : 26. Consultado el 7 de agosto de 2022 .
  3. ^ "Folleto SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) § 2.3.1 Unidades base" (PDF) (en inglés británico y francés) (9.ª ed.). BIPM . 2019. p. 130 . Consultado el 2 de febrero de 2021 .
  4. ^ "Folleto SI: El Sistema Internacional de Unidades (SI) § Apéndice 1. Decisiones de la CGPM y del 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 para las unidades del SI: 9 reglas y convenciones de estilo para la ortografía de los nombres de las unidades, Instituto Nacional de Normas y Tecnología
  6. ^ "BIPM – Tabla 3". BIPM . Consultado el 24 de octubre de 2012 .
  7. ^ "Folleto del SI, Sección 2.2.2, párrafo 6". Archivado desde el original el 1 de octubre de 2009.
  8. ^ "Historia de la IEC". Iec.ch. Archivado desde el original el 19 de mayo de 2013. Consultado el 6 de enero de 2021 .
  9. ^ Cartwright, Rufus (marzo de 1967). Beason, Robert G. (ed.). "¿El éxito arruinará a Heinrich Hertz?" (PDF) . Electronics Illustrated . Fawcett Publications, Inc., págs. 98-99.
  10. ^ 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 .
  11. ^ Ernst Terhardt (20 de febrero de 2000). «Región espectral dominante». Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. Archivado desde el original el 26 de abril de 2012. Consultado el 28 de abril de 2012 .
  12. ^ ab «Ondas sonoras de agujeros negros – Dirección de misiones científicas». science.nasa.go. Archivado desde el original el 5 de mayo de 2021. Consultado el 12 de julio de 2017 .
  13. ^ Asaravala, Amit (30 de marzo de 2004). "Good Riddance, Gigahertz". Wired . Consultado el 28 de abril de 2012 .
  14. ^ Consorcio Unicode (2019). «El estándar Unicode 12.0: compatibilidad con CJK ❰ Rango: 3300—33FF ❱» (PDF) . Unicode.org . Consultado el 24 de mayo de 2019 .
  • Folleto 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 único ion atrapado (archivado el 23 de diciembre de 2013)
  • Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Peine de frecuencia óptica (archivado el 27 de junio de 2013)
  • Laboratorio Nacional de Física: Tiempo y frecuencia Relojes atómicos ópticos
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