ヘルツ

ヘルツ
上から下へ：周波数f =で点滅するライト0.5 Hz、1.0 Hzと2.0 Hz、つまりそれぞれ毎秒0.5、1.0、2.0回のフラッシュです。各フラッシュ間の時間（周期 T ）は1 ⁄ f（fの逆数） で表され 、それぞれ2秒、1秒、0.5秒です。
一般情報
単位系SI
単位周波数
記号Hz
由来ハインリヒ・ヘルツ
SI基本単位s −1

ヘルツ（記号：Hz ）は、国際単位系（SI）における周波数の単位で、1秒あたり1つのイベント（またはサイクル）に相当するとよく説明されます。[ 1 ] [ a ]ヘルツはSI派生単位で、 SI基本単位での正式な表現は1/sまたはs −1です。これは、1ヘルツは1秒あたり1、つまり1秒の逆数であることを意味します。[ 2 ]周期的なイベントの場合にのみ使用されます。電磁波の存在を決定的に証明した最初の人物であるハインリヒ・ルドルフ・ヘルツ（1857～1894）にちなんで名付けられました。高周波の場合、単位は通常、キロヘルツ（kHz）、メガヘルツ（MHz）、ギガヘルツ（GHz）、テラヘルツ（THz）などの倍数 で表されます

この単位の最も一般的な用途は、周期的な波形や楽音の記述であり、特にラジオやオーディオ関連のアプリケーションで使用されます。また、コンピュータやその他の電子機器のクロック速度を記述するためにも使用されます。この単位は、プランク関係式E  =  hνを介して光子のエネルギーを表すために使用されることもあります。ここで、Eは光子のエネルギー、νは光子の周波数、hはプランク定数です。

定義

ヘルツは、周期的な事象において1秒あたり1ヘルツと定義されています。国際度量衡委員会は、秒を「9 192 631 770周期の放射は、セシウム133原子の基底状態の2つの超微細準位間の遷移に対応する」[ 3 ] [ 4 ]と述べ、さらに次のように付け加えている。「セシウム133原子の基底状態における超微細分裂は、9 192 631 770 ヘルツ、ν hfs Cs =9 192 631 770  Hz。単位ヘルツの次元は1/時間（T −1）です。SI単位で表すと、単位は秒の逆数（1/s）です。

英語では「ヘルツ」は複数形としても使われる。[ 5 ] SI単位系ではHzに接頭辞をつけることができる。よく使われる倍数はkHz（キロヘルツ、10 3  Hz）、MHz（メガヘルツ、10 6  Hz）、GHz（ギガヘルツ、10 9  Hz）と THz （テラヘルツ、10 12  Hz）。1 ヘルツ（つまり 1 秒あたり 1 回）は、単に「1 秒あたり 1 つの周期的なイベントが発生する」ことを意味します（カウントされるイベントは完全なサイクルである可能性があります）。100Hzは「1秒間に100回の周期的な事象が発生する」という意味です。この単位はあらゆる周期的な事象に適用できます。例えば、時計は100Hzで時を刻むと言えるでしょう。1Hz 、つまり人間の心臓は1.2 Hz

非周期的または確率的な事象の発生率は、一般的には秒の逆数または秒の逆数（1/sまたはs -1 ）で表されますが、放射能の場合はベクレルで表されます。[ b ]一方、1Hz（1秒あたり1回）は、1秒あたり1サイクル（または周期的なイベント）を指します。1 Bq (1 秒あたり 1 個とも言う) は、平均して 1 秒あたり 1 個の放射性核種イベントを指します。

周波数、角速度、角周波数、放射能はすべてT −1の次元を持ちますが、これらのうち周波数のみがヘルツの単位を使用して表されます。[ 7 ]したがって、毎分60回転（rpm）で回転するディスクは、角速度が2πrad /  s、回転周波数が1 Hz 。単位ヘルツの周波数fと単位ラジアン/秒 の角速度ωの関係は、

ω＝2πf{\displaystyle \omega =2\pi f}そしてf＝ω2π。{\displaystyle f={\frac {\omega}{2\pi}}.}

ヘルツはハインリヒ・ヘルツにちなんで名付けられました。人名にちなんで名付けられたすべてのSI単位と同様に、ヘルツの記号は大文字（Hz）で始まりますが、フルネームで書く場合は普通名詞の大文字化の規則に従います。つまり、ヘルツは文頭とタイトルでは大文字になりますが、それ以外は小文字です

歴史

ヘルツは、電磁気学の研究に重要な科学的貢献をしたドイツの物理学者ハインリヒ・ヘルツ（1857～1894）にちなんで名付けられました。この名称は1935年に国際電気標準会議（IEC）によって制定されました。 [ 8 ] 1960年に国際度量衡総会（ CGPM）で採択され、以前の単位名称「サイクル毎秒（cps）」と、それに関連する倍数である主に「キロサイクル毎秒（kc/s）」と「メガサイクル毎秒（Mc/s）」、そして時折「キロメガサイクル毎秒（kMc/s）」に取って代わりました。「サイクル毎秒」という用語は、1970年代までに「ヘルツ」にほぼ置き換えられました。[ 9 ]

いくつかの用法では「毎秒」が省略され、「メガサイクル」（Mc）が「メガサイクル毎秒」（つまりメガヘルツ（MHz））の略語として使用されました。[ 10 ]

応用

周波数が変化する正弦波
心拍は、周波数の観点から分析できる非正弦周期現象の例です。2つの周期が示されています

音と振動

音は進行する縦波であり、圧力の振動です。人間は音の周波数を音の高さとして認識します。それぞれの音符は特定の周波数に対応しています。乳児の耳は、20Hzから20000Hz ; 平均的な成人 は、20 Hzと16000  Hz [ 11 ]超音波、超低周波音、分子や原子の振動などの他の物理的振動の範囲は、数フェムトヘルツ[ 12 ]からテラヘルツ領域[ c ]以上にまで広がっています。 [ 12 ]

電磁放射

電磁放射は、多くの場合、周波数（1秒あたりの垂直な電場と磁場の振動数）で表され、ヘルツで表されます

無線周波放射は通常、キロヘルツ (kHz)、メガヘルツ (MHz)、またはギガヘルツ (GHz) で測定され、ギガヘルツはマイクロ波として知られています。光はさらに周波数が高い電磁放射であり、数十テラヘルツ (THz、赤外線) から数ペタヘルツ (PHz、紫外線) の範囲の周波数を持ち、可視スペクトルは 400～790 THz です。低いテラヘルツ範囲の周波数 (通常使用可能な最高の無線周波数と長波赤外線の中間) を持つ電磁放射は、しばしばテラヘルツ放射と呼ばれます。さらに高い周波数、例えばX 線やガンマ線などは、エクサヘルツ (EHz) で測定できます。

歴史的な理由により、光および高周波電磁放射の周波数は、波長または光子エネルギーで指定されるのが一般的です。これと上記の周波数範囲の詳細な説明については、「電磁スペクトル」を参照してください。

重力波

現在、重力波の観測は、 LIGOのようなレーザー干渉計によって30～7000Hzの範囲で、またパルサータイミングアレイによってナノヘルツ（1～1000nHz）の範囲で行われています。将来の宇宙ベースの検出器は、このギャップを埋めることを目指しており、LISAは0.1～10mHz（10μHz～100mHzに感度あり）で動作し、DECIGOは0.1～10Hzの範囲で 動作します

コンピューター

コンピュータでは、ほとんどの中央処理装置（CPU）は、メガヘルツ（MHz）またはギガヘルツ（GHz ）で表されるクロック周波数でラベル付けされています。この仕様は、CPUのマスタークロック信号の周波数を指します。この信号は名目上は方形波であり、一定の間隔で低論理レベルと高論理レベルを切り替える電圧です。ヘルツはCPUの性能を判断するために一般大衆に受け入れられている主要な測定単位となったため、多くの専門家がこのアプローチを批判し、簡単に操作できるベンチマークだと主張しています。プロセッサの中には、1つの操作を実行するために複数のクロックサイクルを使用するものもあれば、1つのサイクルで複数の操作を実行できるものもあります。[ 13 ]パーソナルコンピュータの場合、CPUのクロック速度は約1970年代後半の1MHz （アタリ、コモドール、アップルコンピュータ）から最大IBM Power マイクロプロセッサでは6 GHz です。

CPU とノースブリッジを接続するフロントサイドバスなどのさまざまなコンピュータバスも、メガヘルツ範囲のさまざまな周波数で動作します。

SIの倍数

ヘルツ（Hz）のSIの倍数
分数 倍数
値 SI記号 名称 値 SI記号 名称
10 −1  Hz dHz デシヘルツ 10 1  Hz daHz デカヘルツ
10 -2  Hz cHz センチヘルツ 10 2  Hz Hz ヘクトヘルツ
10 -3  Hz mHz ミリヘルツ 10 3  Hz kHzキロヘルツ
10 −6  Hz μHz マイクロヘルツ 10 6  Hz MHzメガヘルツ
10 -9  Hz nHz ナノヘルツ 10 9  Hz GHzギガヘルツ
10 −12  Hz pHz ピコヘルツ 10 12  Hz THzテラヘルツ
10 −15  Hz fHz フェムトヘルツ 10 15  Hz PHz ペタヘルツ
10 −18  Hz aHz アト​​ヘルツ 10 18  Hz EHz エクサヘルツ
10 -21  Hz zHz ゼプトヘルツ 10 21  Hz ZHz ゼタヘルツ
10 −24  Hz yHz ヨクトヘルツ 10 24  Hz YHz ヨタヘルツ
10 −27  Hz rHz ロントヘルツ 10 27  Hz RHz ロナヘルツ
10 -30  Hz qHz ケトヘルツ 10～30HzQHz ケタヘルツ
一般的な接頭辞付き単位は太字で表示されます。

国際単位系が接頭辞として用いる周波数よりも高い周波数は、質量を持つ粒子の量子力学的振動の周波数において自然に発生すると考えられていますが、直接観測することはできず、他の現象を通して推測する必要があります。慣例的に、これらは通常ヘルツではなく、プランク定数の係数で周波数に比例する等価エネルギーで表されます。

ユニコード

ユニコードのCJK互換ブロックには、周波数の一般的なSI単位の文字が含まれています。これらは東アジアの文字エンコーディングとの互換性を目的としており、新しい文書（ラテン文字、例：「MHz」）で使用するためのものではありません。[ 14 ]

  • U+3339 ㌹ SQUARE HERUTU (ヘルツ、ヘルツ)
  • U+3390 ㎐平方ヘルツ(Hz)
  • U+3391 ㎑平方 KHZ (kHz)
  • U+3392 ㎒平方MHZ (MHz)
  • U+3393 ㎓平方GHz (GHz)
  • U+3394 ㎔平方テラヘルツ(THz)

参照

注釈

  1. ^ヘルツはしばしばサイクル/秒（cps）を意味すると言われていますが、SIでは「サイクル」と「cps」はSIの単位ではないと明確に述べられています。これは用語の曖昧さが原因と考えられます。 [ 2 ]
  2. ^「(d) ヘルツは周期的な現象にのみ使用され、ベクレル（Bq）は放射性核種の活動における確率過程にのみ使用されます。」 [ 6 ]
  3. ^原子の振動は通常数十テラヘルツのオーダーである

参考文献

  1. ^「hertz」（1992年）。アメリカン・ヘリテージ英語辞典（第3版）、ボストン：ホートン・ミフリン
  2. ^ a b「SIパンフレット：国際単位系（SI）–第9版」（PDF） . BIPM : 26. 2022年8月7日閲覧。
  3. ^ 「SIパンフレット：国際単位系（SI）§2.3.1基本単位」（PDF）（イギリス英語およびフランス語）（第9版）。BIPM 。 2019年。130ページ。 2021年2月2日閲覧。
  4. ^ 「SIパンフレット：国際単位系（SI）§付録1．CGPMとCIPMの決定」（PDF）（イギリス英語とフランス語）（第9版）。BIPM。2019年。169ページ。 2021年2月2日閲覧。
  5. ^ NIST SI単位ガイド – 単位名の綴りに関する9つのルールとスタイル規約、米国国立標準技術研究所
  6. ^ 「BIPM – 表3」 . BIPM . 2012年10月24日閲覧。
  7. ^ 「SIパンフレット、セクション2.2.2、段落6」 。2009年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  8. ^ 「IECの歴史」 Iec.ch. 2013年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年1月6日閲覧。
  9. ^カートライト、ルーファス（1967年3月）。ロバート・G・ビーソン（編）「成功はハインリッヒ・ヘルツを台無しにするのか？」（PDF）。エレクトロニクス・イラストレイテッド。フォーセット・パブリケーションズ社。98 ～ 99ページ 。
  10. ^ Pellam, JR; Galt, JK (1946). 「液体中の超音波伝播：I. 15メガサイクルにおける速度および吸収測定へのパルス法の応用」. 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 (2000年2月20日). 「Dominant spectral region」 . Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. 2012年4月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年4月28日閲覧。
  12. ^ a b「ブラックホールの音波 - 科学ミッション局」 science.nasa.go. 2021年5月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年7月12日閲覧。
  13. ^ Asaravala, Amit (2004年3月30日). 「ギガヘルツはもういいや」 . Wired . 2012年4月28日閲覧。
  14. ^ Unicodeコンソーシアム(2019). 「Unicode標準12.0 – CJK互換性 ❰ 範囲: 3300—33FF ❱」(PDF) . Unicode.org . 2019年5月24日閲覧。
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