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| ヘルツ | |
|---|---|
 | |
| 一般情報 | |
| 単位系 | SI |
| 単位 | 頻度 |
| シンボル | ヘルツ |
| 名前の由来 | ハインリヒ・ヘルツ |
| SI基本単位では | 秒−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秒間に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s −1であり、1ヘルツは1秒あたり1ヘルツ、または1秒の逆数を意味します。[2]周期的なイベントの場合にのみ使用されます。これは、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） の倍数で表されます。
この単位の最も一般的な用途は、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る周期的な波形や楽音の記述です。また、コンピューターやその他の電子機器が駆動されるクロック速度の記述にも使用されます。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。
意味
ヘルツは、周期的な事象に対して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つの超微細レベル間の遷移に対応する」[3] [4]そして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。基本 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用される。[5] SI単位系ではHzに接頭辞を付けることもできる。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場合があります)。100Hzは「1秒間に100回の周期的なイベントが発生する」という意味です。この単位はあらゆる周期的なイベントに適用できます。たとえば、時計は1秒間に100回刻むと言えます。1Hz、つまり人間の心臓は1.2Hz。
非周期的または確率的な事象の発生率は、一般には秒の逆数または秒の逆数（1/sまたはs −1 ）で表され、放射能の場合はベクレルで表されます。[b]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 個ともいう) 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の次元を持っていますが、これらのうち周波数のみがヘルツの単位で表されます。[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、
- そして
ヘルツはハインリッヒ・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ッヒ・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）によって確立されました。 [8]これは、1960年に国際度量衡総会（CGPM）（Conférence générale des poids et mesures）によって採用され、以前の単位名「サイクル毎秒（cps）」と、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] [検証失敗]
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]
アプリケーション
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。各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20 000 Hz ; 平均的な成人は、20 Hzと16000Hz。[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]からテラヘルツの範囲[ 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（垂直な電場と磁場の 1 秒あたりの振動数）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) で測定されます。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。低テラヘルツ範囲 (通常使用可能な最高の無線周波数と長波赤外線の中間) の周波数を持つ電磁放射は、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、たとえばX 線やガンマ線は、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については、「電磁スペクトル」を参照してください。
重力波
重力波もヘルツで表されます。現在の観測は、LIGOなどのレーザー干渉計によって 30～7000 Hz の範囲で行われ、パルサータイミングアレイによってナノヘルツ (1～1000 nHz) の範囲で行われています。将来的には、このギャップを埋めるために宇宙ベースの検出器が計画されており、LISA は0.1～10 mHz (10 μHz から 100 mHz にいくらかの感度あり) で動作し、DECIGO は0.1～10 Hz 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速度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、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 のパフォーマンス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になったため、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であると主張しています。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倍数
国際単位系が接頭辞として与え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で自然に発生すると考えられていますが、これらは直接観察することはできず、他の現象を通じて推測する必要があります。慣例により、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
Unicode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
注記
- ^ ヘルツはしばしばサイクル/秒（cps）を意味すると言われるが、SIでは「サイクル」と「cps」はSIの単位ではないと明記されており、これは用語の曖昧さのためであると考えられる。[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]
- ^ 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
- ^ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (第3版)、ボストン: Houghton Mifflin。
- ^ ab 「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。
- ^ 「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。
- ^ 「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。
- ^ NIST SI 単位ガイド – 単位名の表記に関する 9 つのルールとスタイル規則、米国国立標準技術研究所
- ^ 「BIPM – 表3」。BIPM 。 2012年10月24日閲覧。
- ^ 「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。
- ^ “IEC History”. 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。
- ^ Cartwright, Rufus (1967 年 3 月)。Beason, Robert G. (編)。「成功はハインリッヒ・ヘルツを台無しにするのか?」(PDF)。Electronics Illustrated。Fawcett Publications, Inc. pp. 98–99。
- ^ Pellam, JR; Galt, JK (1946). 「液体中の超音波伝搬: I. 15メガサイクルでの速度および吸収測定へのパルス技術の応用」. The Journal of Chemical Physics . 14 (10): 608–614. Bibcode :1946JChPh..14..608P. doi :10.1063/1.1724072. hdl : 1721.1/5042 .
- ^ 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。
- ^ ab “Black Hole Sound Waves – Science Mission Directorate”. 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。
- ^ Asaravala, Amit (2004年3月30日). 「Good Riddance, Gigahertz」. Wired . 2012年4月28日閲覧。
- ^ 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。
外部リンク
- SI パンフレット: 時間の単位 (秒)
- カナダ国立研究会議: セシウム噴水時計 2021年12月5日アーカイブウェイバックマシン
- カナダ国立研究評議会: 単一トラップイオンに基づく光周波数標準 (2013 年 12 月 23 日アーカイブ)
- カナダ国立研究評議会: 光周波数コム (2013 年 6 月 27 日アーカイブ)
- 国立物理学研究所: 時間と周波数 光原子時計