Sıklık - Frequency

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Sıklık
ลูกตุ้ม ธรรมชาติ. Gif
60 saniyede 25 tam salınım yapan bir sarkaç , 0,42 Hertz frekansı
Ortak semboller
f , ν
SI birimi hertz (Hz)
Diğer birimler
İçinde temel SI birimleri s −1
Den Türevler
Diğer miktarlar
  • f = 1 ∕  T
Boyut

Sıklık , zaman birimi başına tekrar eden bir olayın meydana gelme sayısıdır . Aynı zamanda , uzaysal frekans ve açısal frekansın karşıtlığını vurgulayan zamansal frekans olarak da adlandırılır . Frekans, saniyede bir olaya eşit olan hertz (Hz) cinsinden ölçülür . Süresi bir zaman süresidir döngüsü süresi bu yüzden, bir tekrar halinde karşılıklı frekansının. Örneğin: yeni doğmuş bir bebeğin kalbi dakikada 120 kez (2 hertz) atıyorsa, süresi, T - atımlar arasındaki zaman aralığı - yarım saniyedir (60 saniyenin 120 atıma bölünmesi ). Frekans, bilim ve mühendislikte mekanik titreşimler, ses sinyalleri ( ses ), radyo dalgaları ve ışık gibi salınım ve titreşim olaylarının oranını belirlemek için kullanılan önemli bir parametredir .

Tanımlar ve birimler

2,8 sn periyotlu ve 0,36
Hz frekanslı  bir sarkaç

Salınımlar , dalgalar gibi döngüsel fenomenler için veya basit harmonik hareket örnekleri için , frekans terimi , birim zaman başına döngü veya titreşim sayısı olarak tanımlanır. Frekans için geleneksel sembol f'dir ; Yunanca harf ( nu ) da kullanılır. Süresi , bir salınım bir döngüsünü tamamlamak için gereken zamandır. Frekans ve periyot arasındaki ilişki denklemde verilmiştir:

Geçici frekans terimi , frekansın, birim mesafe değil, birim zaman başına tekrar eden bir olayın meydana gelme sayısı ile karakterize edildiğini vurgulamak için kullanılır.

SI birim türetilmiş frekans olan hertz Alman fizikçi adını (Hz), Heinrich Hertz tarafından Uluslararası Elektroteknik Komisyonu O tarafından kabul edilmiştir 1930 yılında CGPM resmen önceki adı yerine, 1960 yılında (Conférence générale des poids et mesures) , " saniyedeki döngü " (cps). Dönemin SI birimi, tüm zaman ölçümlerinde olduğu gibi, ikincidir . Dönen mekanik cihazlarla kullanılan geleneksel bir ölçü birimi, dakikadaki devir sayısı , kısaltılmış r / dak veya rpm'dir. 60 rpm, bir hertze eşdeğerdir.

Rüzgarın ürettiği dalgalar , frekanslardan ziyade periyotlarına göre tanımlanır.

Periyot ve sıklık

Kolaylık olması açısından, okyanus yüzey dalgaları gibi daha uzun ve daha yavaş dalgalar, frekanstan ziyade dalga periyodu ile tanımlanma eğilimindedir. Ses ve radyo gibi kısa ve hızlı dalgalar genellikle nokta yerine frekanslarıyla tanımlanır. Bu yaygın olarak kullanılan dönüşümler aşağıda listelenmiştir:

Sıklık 1 mHz (10 −3  Hz) 1 Hz (10 0  Hz) 1 kHz (10 3  Hz) 1 MHz (10 6  Hz) 1 GHz (10 9  Hz) 1 THz (10 12  Hz)
Periyot 1 ks (10 3  s) 1 saniye (10 0  saniye) 1 ms (10 −3  sn) 1 µs (10 −6  saniye) 1 ns (10 −9  s) 1 ps (10 12  sn)

İlgili frekans türleri

Farklı frekans türleri ve diğer dalga özellikleri arasındaki ilişkinin şeması.
Açısal frekans genellikle saniye başına radyan (rad / s) cinsinden ölçülür, ancak ayrık zamanlı sinyaller için , boyutsuz bir miktar olan örnekleme aralığı başına radyan olarak da ifade edilebilir . Açısal frekans (radyan cinsinden) normal frekanstan (Hz cinsinden) 2π kat daha büyüktür.
  • Uzamsal frekans , zamansal frekansa benzer, ancak zaman ekseni, bir veya daha fazla uzamsal yer değiştirme ekseniyle değiştirilir, örneğin:
Dalga numarası , k , açısal zamansal frekansın uzamsal frekans analogudur ve metre başına radyan cinsinden ölçülür . Birden fazla uzamsal boyut olması durumunda, dalga numarası bir vektör miktarıdır.

Dalga yayılmasında

Dağıtıcı olmayan ortamdaki (yani, dalga hızının frekanstan bağımsız olduğu ortam) periyodik dalgalar için , frekansın dalga boyu ile ters bir ilişkisi vardır , λ ( lambda ). Dağıtıcı ortamda bile, sinüzoidal bir dalganın frekansı f , dalganın faz hızı v'nin dalganın dalga boyuna λ bölünmesine eşittir :

Olarak özel bir durumda bir geçiş hareket elektromanyetik dalgaların vakum , daha sonra hacim = C , C olan ışık hızı vakum içinde ve bu ifade olur:

Tek renkli bir kaynaktan gelen dalgalar bir ortamdan diğerine geçtiğinde , frekansları aynı kalır - yalnızca dalga boyları ve hızları değişir.

Ölçüm

Frekans ölçümü aşağıdaki şekillerde yapılabilir,

Sayma

Tekrarlanan bir olayın sıklığının hesaplanması, belirli bir zaman periyodu içinde olayın meydana gelme sayısının sayılması ve ardından sayımın zaman periyodunun uzunluğuna bölünmesiyle gerçekleştirilir. Örneğin, 15 saniye içinde 71 olay meydana gelirse, sıklık şu şekildedir:

Sayımların sayısı çok büyük değilse, belirli bir zaman içindeki olayların sayısından ziyade, önceden belirlenmiş sayıda meydana gelme için zaman aralığını ölçmek daha doğrudur. İkinci yöntem , sıfır ile bir sayı arasındaki sayıma rastgele bir hata verir , yani ortalama olarak yarım sayılır. Buna geçit hatası denir ve hesaplanan frekansta ortalama bir hataya veya zamanlama aralığının ve ölçülen frekansın nerede olduğu konusunda kesirli bir hataya neden olur . Bu hata frekansla azalır, bu nedenle genellikle N sayım sayısının küçük olduğu düşük frekanslarda bir sorundur .

Bir rezonant kamış frekans ölçer, alternatif akımın frekansını ölçmek için yaklaşık 1900'den 1940'lara kadar kullanılan eski bir cihaz. Bir elektromıknatısla titreştirilen, dereceli uzunluklarda kamışlara sahip bir metal şeritten oluşur . Bilinmeyen frekans elektromıknatısa uygulandığında , o frekansta çınlayan kamış , ölçeğin yanında görülebilen büyük bir genlikle titreşecektir.

Stroboskop

Dönen veya titreşen nesnelerin frekansını ölçmenin eski bir yöntemi, bir stroboskop kullanmaktır . Bu, frekansı kalibre edilmiş bir zamanlama devresi ile ayarlanabilen yoğun ve tekrarlayan yanıp sönen bir ışıktır ( flaş ışığı ). Flaş ışığı dönen nesneye doğrultulur ve frekansı yukarı ve aşağı ayarlanır. Strobun frekansı dönen veya titreyen nesnenin frekansına eşit olduğunda, nesne bir salınım döngüsünü tamamlar ve ışık flaşları arasındaki orijinal konumuna geri döner, böylece flaşla aydınlatıldığında nesne sabit görünür. Daha sonra frekans, stroboskop üzerindeki kalibre edilmiş okumadan okunabilir. Bu yöntemin bir dezavantajı, yanıp sönme frekansının bir integral katında dönen bir nesnenin de sabit görünmesidir.

Frekans sayacı

Modern frekans sayacı

Daha yüksek frekanslar genellikle bir frekans sayacı ile ölçülür . Bu, uygulanan tekrar eden bir elektronik sinyalin frekansını ölçen ve sonucu dijital bir ekranda hertz cinsinden görüntüleyen elektronik bir alettir . Hassas bir kuvars zaman tabanı tarafından oluşturulan bir zaman aralığı boyunca döngü sayısını saymak için dijital mantık kullanır . Bir şaftın dönüş hızı, mekanik titreşimler veya ses dalgaları gibi elektriksel olmayan döngüsel işlemler, transdüserler ve bir frekans sayacına uygulanan sinyal tarafından tekrarlayan bir elektronik sinyale dönüştürülebilir . 2018 itibariyle, frekans sayaçları yaklaşık 100 GHz'e kadar olan aralığı kapsayabilir. Bu, doğrudan sayma yöntemlerinin sınırını temsil eder; bunun üzerindeki frekanslar dolaylı yöntemlerle ölçülmelidir.

Heterodin yöntemleri

Frekans sayaçları aralığının üzerinde, elektromanyetik sinyallerin frekansları genellikle heterodinleme ( frekans dönüştürme ) kullanılarak dolaylı olarak ölçülür . Bilinmeyen frekansın yakınında bilinen bir frekansın referans sinyali, diyot gibi doğrusal olmayan bir karıştırma cihazında bilinmeyen frekansla karıştırılır . Bu , iki frekans arasındaki farkta bir heterodin veya "vuruş" sinyali yaratır . İki sinyal frekansta birbirine yakınsa, heterodin bir frekans sayacı ile ölçülecek kadar düşüktür. Bu işlem yalnızca bilinmeyen frekans ile referans frekans arasındaki farkı ölçer. Daha yüksek frekanslara ulaşmak için, çeşitli heterodinleştirme aşaması kullanılabilir. Mevcut araştırmalar, bu yöntemi kızılötesi ve ışık frekanslarına ( optik heterodin algılama ) genişletiyor .

Örnekler

Işık

Görünür kısım vurgulanmış şekilde eksiksiz elektromanyetik radyasyon spektrumu

Görünür ışık, uzayda hareket eden salınımlı elektrik ve manyetik alanlardan oluşan elektromanyetik bir dalgadır . Dalganın frekansı rengini belirler: 400 THz ( 4 × 10 14 Hz) kırmızı ışıktır, 800 THz ( 8 × 10 14  Hz ) mor ışıktır ve bunların arasında (400–800 THz aralığında) görünür spektrumun diğer tüm renkleri vardır . Daha az frekansa sahip bir elektromanyetik dalga 4 × 10 14  Hz insan gözüyle görünmez olacak; bu tür dalgalara kızılötesi (IR) radyasyon denir . Daha da düşük frekansta, dalgaya mikrodalga , daha düşük frekanslarda ise radyo dalgası denir . Benzer şekilde, frekansı daha yüksek olan bir elektromanyetik dalga 8 × 10 14  Hz de insan gözüyle görünmez olacak; bu tür dalgalara ultraviyole (UV) radyasyon denir . Daha yüksek frekanslı dalgalara bile X-ışınları denir ve daha yükseği gama ışınlarıdır .

En düşük frekanslı radyo dalgalarından en yüksek frekanslı gama ışınlarına kadar bu dalgaların tümü temelde aynıdır ve hepsine elektromanyetik radyasyon denir . Hepsi, frekanslarıyla ters orantılı dalga boyları veren, aynı hızda (ışık hızında) bir boşlukta hareket ederler.

burada c ışık hızıdır ( bir boşlukta c veya başka bir ortamda daha az), f frekans ve λ dalga boyudur.

Olarak dağıtıcı ortam cam gibi, hızlı bir şekilde frekansa bağlıdır, böylece bir dalga boyu oldukça ters orantılı frekansa değildir.

Ses

Ses dalgası , bazı uygulamalar için sert kılavuz ile spektrumu,

Ses, havada veya diğer maddelerdeki mekanik titreşim dalgaları olarak basınç ve yer değiştirme olarak yayılır. Genel olarak, bir sesin frekans bileşenleri onun "rengini", tınısını belirler . Bir sesin frekansı (tekil olarak) hakkında konuşurken, perdeyi en çok belirleyen özellik anlamına gelir .

Bir kulağın duyabileceği frekanslar, belirli bir frekans aralığı ile sınırlıdır . Duyulabilir frekans insanlar için aralık, tipik olarak yüksek bir frekans sınırı genellikle yaş ile azaltır olsa da, 20 Hz ve 20.000 Hz (20 kHz) çevresi arasındaki olarak verilmiştir. Diğer türlerin farklı işitme aralıkları vardır. Örneğin, bazı köpek ırkları 60.000 Hz'ye kadar olan titreşimleri algılayabilir.

Hava gibi birçok ortamda, ses hızı yaklaşık olarak frekanstan bağımsızdır, bu nedenle ses dalgalarının dalga boyu (tekrarlar arasındaki mesafe) frekansla yaklaşık olarak ters orantılıdır.

Hat akımı

In Europe , Afrika , Avustralya , Güney Güney Amerika'nın , çoğu Asya ve Rusya , sıklığı alternatif akım içinde ev elektrik prizlerine (kapat 50 Hz tonu oysa, G) Kuzey Amerika ve kuzey Güney Amerika, sıklık Ev tipi elektrik prizlerindeki alternatif akım 60 Hz'dir (B ♭ ve B tonları arasında; yani, Avrupa frekansının küçük üçte biri ). Bir ses kaydındaki " uğultu " frekansı, kaydın nerede yapıldığını, Avrupa veya Amerika şebeke frekansı kullanan ülkelerde gösterebilir.

Aperiodik frekans

Periyodik frekans , radyoaktif bozunma gibi rastgele süreçler de dahil olmak üzere, döngüsel olmayan olayların görülme oranı veya ortaya çıkma oranıdır . Bu ifade edilir ölçü birimleri arasında karşılıklı saniye (ler -1 radyoaktivite, durumunda) ya da, becquerels .

Belirli bir süre ( T ) sırasında bir olayın meydana gelme sayısını ( N ) içeren bir oran , f = N / T ; Bir olan fiziksel miktar tipi zamansal oran .

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Kaynaklar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar