Характеристика періодичного процесу, що дорівнює кількості повних циклів процесу, скоєних за одиницю часу. Стандартні позначення у формулах - , , або . Одиницею частоти у Міжнародній системі одиниць (СІ) у випадку є герц ( Гц, Hz). Величина, обернена до частоти, називається періодом . Частота, як і час є однією з найбільш точно вимірюваних фізичних величин: до відносної точності 10 −17 .
У природі відомі періодичні процеси з частотами від ~10 −16 Гц (частота звернення Сонця навколо центру Галактики) до ~10 35 Гц (частота коливань поля, характерна найбільш високоенергійних космічних променів).
Циклічна частота
Частота дискретних подій
Частота дискретних подій (частота імпульсів) - фізична величина, що дорівнює кількості дискретних подій, що відбуваються за одиницю часу. Одиниця частоти дискретних подій секунда мінус першого ступеня ( з −1, s −1), проте практично для вираження частоти імпульсів зазвичай використовують герц .
Частота обертів
Частота обертання - це фізична величина, що дорівнює кількості повних оборотів за одиницю часу. Одиниця частоти обертання - секунда мінус першого ступеня ( з −1, s −1), оборот за секунду. Часто використовуються такі одиниці, як оборот за хвилину, оборот за годину і т.д.
Інші величини, пов'язані із частотою
Метрологічні аспекти
Вимірювання
- Для вимірювання частоти застосовуються частотоміри різних видів, у тому числі: для вимірювання частоти імпульсів - електронно-лічильні та конденсаторні, для визначення частот спектральних складових - резонансні та гетеродинні частотоміри, а також аналізатори спектру.
- Для відтворення частоти із заданою точністю використовують різні заходи – стандарти частоти (висока точність), синтезатори частот, генератори сигналів та ін.
- Порівнюють частоти компаратором частоти або за допомогою осцилографа по фігурах Лісаж.
Еталони
- Державний первинний еталон одиниць часу, частоти та національної шкали часу ГЕТ 1-98 - знаходиться у ВНДІФТРІ
- Вторинний стандарт одиниці часу і частоти ВЕТ 1-10-82- знаходиться в СНДІМ (Новосибірськ)
Див. також
Примітки
Література
- Фінк Л. М. Сигнали, перешкоди, помилки ... - М: Радіо і зв'язок, 1984
- Одиниці фізичних величин. Бурдун Г. Д., Базакуца В. А. - Харків: Вища школа,
- Довідник з фізики. Яворський Б. М., Детлаф А. А. - М.: Наука,
Посилання
Wikimedia Foundation. 2010 .
Синоніми:Дивитись що таке "Частота" в інших словниках:
ЧАСТОТА- (1) кількість повторень періодичного явища за одиницю часу; (2) Ч. бічна частота, більша або менша несучої частоти високочастотного генератора, що виникає при (див.); (3) Ч. обертання величина, що дорівнює відношенню числа оборотів. Велика політехнічна енциклопедія
Іонна плазмова частота – частота електростатичних коливань, які можна спостерігати у плазмі, електронна температура якої значно перевищує температуру іонів; ця частота залежить від концентрації, заряду та маси іонів плазми. Терміни атомної енергетики
ЧАСТОТА, частоти, багато. (Спец.) Частоти, частот, дружин. (Книжковий.). 1. лише од. відволікати. сущ. до част. Частота випадків. Частота ритму. Підвищення частоти пульсу. Частота струму. 2. Величина, що виражає той чи інший ступінь якогось частого руху ... Тлумачний словник Ушакова
Ы; частоти; ж. 1. до Частий (1 зн.). Слідкувати за частотою повторення ходів. Необхідна год. посадки картоплі. Зверніть увагу на частоту пульсу. 2. Число повторень однакових рухів, коливань в якусь л. одиницю часу. Ч. обертання колеса. Ч… Енциклопедичний словник
- (Frequency) - кількість періодів в одну секунду. Частота величина, обернена до періоду коливань; напр. якщо частота змінного струму f = 50 коливань сек. (50 Н), період Т = 1/50 сек. Частота вимірюється у герцах. При характеристиці випромінювання.
Гармоніка, вагання Словник російських синонімів. частота істот. густота щільність (про рослинність)) Словник російських синонімів. Контекст 5.0 Інформатики. 2012 … Словник синонімів
частота- Поява випадкової події – це відношення m/n числа m появи цієї події в даній послідовності випробувань (його зустрічальність) до загального числа n випробувань. Термін частота використовується також у значенні зустрічальність. У старовинній книжці. Словник соціологічної статистики
Все на планеті має свою частоту. За однією з версій, вона навіть покладена в основу нашого світу. На жаль, теорія дуже складна, щоб викладати її в рамках однієї публікації, тому нами буде розглянуто винятково частоту коливань як самостійну дію. У рамках статті буде дано визначення цього фізичного процесу, його одиниць вимірів та метрологічної складової. І під кінець буде розглянуто приклад важливості у звичайному житті звичайного звуку. Ми дізнаємося, що він є і яка його природа.
Що називають частотою коливань?
Під цим мають на увазі фізичну величину, яка використовується для характеристики періодичного процесу, що дорівнює кількості повторень чи виникнення певних подій за одну одиницю часу. Цей показник розраховується як відношення числа цих подій до проміжку часу, протягом якого вони були скоєні. Власна частота коливань має кожен елемент світу. Тіло, атом, дорожній міст, поїзд, літак - всі вони здійснюють певні рухи, які так називаються. Нехай ці процеси не видно оку, вони є. Одиницями вимірів, у яких вважається частота коливань, є герці. Свою назву вони здобули на честь фізика німецького походження Генріха Герца.
Миттєва частота
Періодичний сигнал можна охарактеризувати миттєвою частотою, яка з точністю до коефіцієнта є швидкістю зміни фази. Його можна як суму гармонійних спектральних складових, які мають своїми постійними коливаннями.
Циклічна частота коливань
Її зручно використовувати в теоретичній фізиці, особливо в розділі про електромагнетизм. Циклічна частота (її також називають радіальною, круговою, кутовою) - це фізична величина, яка використовується для позначення інтенсивності походження коливального або обертального руху. Перша виявляється у обертах чи коливаннях на секунду. При обертальному русі частота дорівнює модулю вектора кутової швидкості.
Вираз цього показника здійснюється у радіанах на одну секунду. Розмірність циклічної частоти є зворотним часом. У числовому вираженні вона дорівнює числу коливань чи оборотів, що сталися за секунд 2π. Її введення для використання дозволяє значно спрощувати різний спектр формул в електроніці та теоретичній фізиці. Найпопулярніший приклад використання – це облік резонансної циклічної частоти коливального LC-контуру. Інші формули можуть значно ускладнюватись.
Частота дискретних подій
Під цією величиною мають на увазі значення, що дорівнює числу дискретних подій, що відбуваються за одну одиницю часу. Теоретично зазвичай використовується показник - секунда в мінус першого ступеня. Насправді, щоб висловити частоту імпульсів, зазвичай застосовують герц.
Частота обертів
Під нею розуміють фізичну величину, що дорівнює числу повних оборотів, що відбуваються за одну одиницю часу. Тут також застосовується показник - секунда мінус першого ступеня. Для позначення виконаної роботи можуть використовувати такі словосполучення, як оборот у хвилину, годину, день, місяць, рік та інші.
Одиниці виміру
У чому вимірюється частота коливань? Якщо брати до уваги систему СІ, то тут одиниця виміру – це герц. Спочатку вона була запроваджена міжнародною електротехнічною комісією ще 1930 року. А 11-та генеральна конференція з ваг та заходів у 1960-му закріпила вживання цього показника як одиниці СІ. Що було висунуто як «ідеал»? Ним виступила частота, коли один цикл відбувається за одну секунду.
Але що робити із виробництвом? Для них були закріплені довільні значення: кілоцикл, мегацикл за секунду тощо. Тому беручи в руки пристрій, який працює з показником ГГц (як процесор комп'ютера), можете приблизно уявити, скільки дій він робить. Здавалося б, як повільно для людини триває час. Але техніка за той самий проміжок встигає виконувати мільйони і навіть мільярди операцій на секунду. За одну годину комп'ютер робить уже стільки дій, що більшість людей навіть не зможуть уявити їх у чисельному виразі.
Метрологічні аспекти
Частота коливань знайшла своє застосування навіть у метрології. Різні пристрої мають багато функцій:
- Вимірюють частоту імпульсів. Вони представлені електронно-лічильними та конденсаторними типами.
- Визначають частоту спектральних складових. Існують гетеродинні та резонансні типи.
- Проводять аналіз спектра.
- Відтворюють необхідну частоту із заданою точністю. При цьому можуть застосовуватись різні заходи: стандарти, синтезатори, генератори сигналів та інша техніка цього напряму.
- Порівнюють показники отриманих коливань, з цією метою використовують компаратор або осцилограф.
Приклад роботи: звук
Все вище написане може бути досить складним для розуміння, оскільки нами використовувалася суха мова фізики. Щоб усвідомити наведену інформацію, можна навести приклад. У ньому все буде детально розписано, ґрунтуючись на аналізі випадків із сучасного життя. Для цього розглянемо найвідоміший приклад коливань – звук. Його властивості, а також особливості здійснення механічних пружних коливань у середовищі знаходяться у прямій залежності від частоти.
Людські органи слуху можуть вловлювати коливання, які перебувають у межах від 20 Гц до 20 кГц. Причому з віком верхня межа поступово знижуватиметься. Якщо частота коливань звуку впаде нижче показника в 20 Гц (що відповідає ми субконтроктави), то створюватиметься інфразвук. Цей тип, який у більшості випадків не чутний нам, люди все ж таки можуть відчувати відчутно. При перевищенні кордону 20 кілогерц генеруються коливання, які називаються ультразвуком. Якщо частота перевищить 1 ГГц, то цьому випадку ми будемо мати справу з гіперзвуком. Якщо розглядати такий музичний інструмент, як фортепіано, він може створювати коливання в діапазоні від 27,5 Гц до 4186 Гц. При цьому слід враховувати, що музичний звук не складається лише з основної частоти – до нього ще долучаються обертони, гармоніки. Це разом визначає тембр.
Висновок
Як ви могли дізнатися, частота коливань є надзвичайно важливою складовою, яка дозволяє функціонувати нашому світу. Завдяки їй ми можемо чути, за її сприяння працюють комп'ютери та здійснюється безліч інших корисних речей. Але якщо частота коливань перевищить оптимальну межу, можуть початися певні руйнації. Так, якщо вплинути на процесор, щоб його кристал працював з удвічі більшими показниками, він швидко вийде з ладу.
Подібне можна навести і з людським життям, коли за високої частотності в нього лопнуть барабанні перетинки. Також відбудуться інші негативні зміни з тілом, які спричинять певні проблеми, аж до смертельного результату. Причому через особливості фізичної природи цей процес розтягнеться досить тривалий проміжок часу. До речі, беручи до уваги цей чинник, військові розглядають нові можливості розробки озброєння майбутнього.
Резонансний метод виміру частот.
Метод порівняння частот;
Метод дискретного рахунка ґрунтується на підрахунку імпульсів необхідної частоти за певний проміжок часу. Його найчастіше використовують цифрові частотоміри, і саме завдяки цьому простому методу можна отримати точні дані.
Детальніше про частоту змінного струму Ви можете дізнатися з відео:
Метод перезаряду конденсатора теж несе у собі складних обчислень. У цьому випадку середнє значення сили струму перезаряду пропорційно співвідноситься з частотою і вимірюється за допомогою магнітоелектричного амперметра. Шкала приладу, в такому разі, градує у Герцах.
Похибка подібних частотомірів знаходиться в межах 2%, і тому такі виміри є цілком придатними для побутового використання.
Спосіб вимірювання базується на електричному резонансі, що виникає в контурі з елементами, що підлаштовуються. Частота, яку потрібно виміряти, визначається за спеціальною шкалою самого механізму підстроювання.
Такий метод дає дуже низьку похибку, проте застосовується лише частот більше 50 кГц.
Метод порівняння частот застосовується в осцилографах, і заснований на змішуванні еталонної частоти з вимірюваною. У цьому виникають биття певної частоти. Коли ж цих биття досягає нуля, то вимірювана стає рівною еталонною. Далі, по отриманій на екрані фігурі із застосуванням формул можна розрахувати частоту електричного струму.
Ще одне цікаве відео про частоту змінного струму:
Розглянемо наступний малюнок:
На ньому представлені два однакові маятники. Як видно з малюнка, перший маятник вагається з більшим розмахом, ніж другий. Тобто іншими словами, крайні положення, які займає перший маятник, знаходиться на більшій відстані один від одного, ніж у другого маятника.
Амплітуда
- Амплітуда коливання- Найбільше за модулем відхилення тіла, що коливається від положення рівноваги.
Зазвичай, для позначення амплітуди коливань використовують літеру А. Одиниці виміру амплітуди збігаються з одиницями виміру довжини, тобто це метри, сантиметри і т.д. В принципі, амплітуду можна записувати в одиницях плоского кута, тому що кожній дузі кола відповідатиме єдиний центральний кут.
Кажуть, що тіло, що вагається, здійснює одне повне коливання, коли воно проходить шлях рівний чотирьом амплітудам.
Період коливання
- Період коливання- Проміжок часу, за яке тіло здійснює одне повне коливання.
Період коливання позначають буквою Т. Одиницями виміру періоду коливань Т є секунди.
Якщо ми підвісимо дві однакові кульки на різній довжині ниток, і приведемо їх у коливальний рух, ми помітимо, що за однакові проміжки часу вони будуть здійснювати різну кількість коливань. Кулька, підвішена на короткій нитці, буде здійснювати більше коливань, ніж кулька, підвішена на довгій нитці.
Частота коливань
- Частотою коливаньназивається кількість коливань, яка була здійснена в одиницю часу.
Частота коливань позначається буквою ν (читається як ню). Одиниці частоти коливань називаються герцями. Один герц означає одне коливання за секунду.
Період і частота коливань пов'язані між собою таким співвідношенням:
Частота вільних коливань називається своєю частотою коливальної системи. Кожна система має власну частоту коливань.
Фаза коливань
Існує ще таке поняття, як фаза коливань. Два маятники можуть мати однакову частоту коливань, але при цьому вони можуть коливатися в різних фазах, тобто їх швидкості будь-якої миті часу будуть направлені в протилежних напрямках.
- Якщо швидкості маятників у будь-який момент часу будуть спрямовані однаково, то кажуть, що маятники коливаються у однакових фазах коливань.
Маятники також можуть коливатися з деякою різницею фаз, в такому разі в деякі моменти часу напрямок їх швидкостей збігатимуться, а в деякі ні.
Квантовомеханічного стану має фізичний сенс енергії цього стану, у зв'язку з чим система одиниць часто вибирається таким чином, що частота та енергія виражаються в одних і тих самих одиницях (іншими словами, переказний коефіцієнт між частотою та енергією - постійна Планка у формулі E = hν - вибирається рівним 1).
Око людини чутливе до електромагнітних хвиль з частотами від 4⋅10 14 до 8⋅10 14 Гц (видимий світло); частота коливань визначає колір спостережуваного світла. Слуховий аналізатор людини сприймає акустичні хвилі із частотами від 20 Гц до 20 кГц. У різних тварин частотні діапазони чутливості до оптичних та акустичних коливань різні.
Відносини частот звукових коливань виражаються за допомогою музичних інтервалів, таких як октава, квінта, терція і т. п. Інтервал в одну октаву між частотами звуків означає, що ці частоти відрізняються в 2 рази, інтервал в чисту квінту означає відношення частот 3 ⁄ 2 . Крім того, для опису частотних інтервалів використовується декада - інтервал між частотами, що відрізняються у 10 разів. Так, діапазон звукової чутливості людини становить 3 декади (20 Гц – 20 000 Гц). Для вимірювання відношення дуже близьких звукових частот використовуються такі одиниці, як цент (відношення частот, що дорівнює 2 1/1200) і міліоктаву (відношення частот 2 1/1000).
Енциклопедичний YouTube
1 / 5
✪ У чому різниця між НАПРУЖОМ і СТРУМОМ
✪ Легенда про 20 Гц та 20 кГц. Чому такий діапазон?
✪ 432 Гц ремонт ДНК, очищення чакр та аури. Ізохронні ритми.
✪ ЕНЕРГІЯ І ЧАСТОТА ВІБРАЦІЇ- НОВА ГРАВЕЛЬНА МАЙДАНЧИК ДЛЯ РОЗУМУ.
✪ Як за 10 хвилин підвищити частоту вібрацій свого тіла Зцілення за допомогою вібрацій
Субтитри
Миттєва частота та частоти спектральних складових
Періодичний сигнал характеризується миттєвою частотою, що є (з точністю до коефіцієнта) швидкістю зміни фази, але той сигнал можна подати у вигляді суми гармонійних спектральних складових, що мають свої (постійні) частоти. Властивості миттєвої частоти та частоти спектральної складової різні.
Циклічна частота
У разі використання як одиниці кутової частоти градусів в секунду зв'язок із звичайною частотою буде наступною: ω = 360°ν.
Чисельно циклічна частота дорівнює числу циклів (коливань, оборотів) за 2 секунд. Введення циклічної частоти (у її основної розмірності - радіанах на секунду) дозволяє спростити багато формул у теоретичній фізиці та електроніці. Так, резонансна циклічна частота коливального LC-контуру дорівнює ω L C = 1 / L C , (\displaystyle \omega _(LC)=1/(\sqrt (LC)),)тоді як звичайна резонансна частота ν L C = 1 / (2 π L C) . (\displaystyle \nu _(LC)=1/(2\pi (\sqrt (LC))).)У той самий час ряд інших формул ускладнюється. Вирішальним міркуванням на користь циклічної частоти стало те, що множники 2?
У механіці при розгляді обертального руху аналогом циклічної частоти служить кутова швидкість.
Частота дискретних подій
Частота дискретних подій (частота імпульсів) - фізична величина, що дорівнює кількості дискретних подій, що відбуваються за одиницю часу. Одиниця частоти дискретних подій - секунда мінус першого ступеня (російське позначення: з −1; міжнародне: s −1). Частота 1 з −1 дорівнює такій частоті дискретних подій, коли за час 1 з відбувається одна подія .
Частота обертів
Частота обертання - це фізична величина, що дорівнює кількості повних оборотів за одиницю часу. Одиниця частоти обертання - секунда мінус першого ступеня ( з −1, s −1), оборот за секунду. Часто використовуються такі одиниці, як оборот за хвилину, оборот за годину і т.д.
Інші величини, пов'язані із частотою
Одиниці виміру
У системі СІ одиницею виміру є герц. Одиниця була спочатку введена в 1930 році Міжнародною електротехнічною комісією, а в 1960 прийнята для загального вживання 11-ї Генеральної конференцією за мірами і вагами, як одиниця СІ. До цього як одиниця частоти використовувався цикл за секунду(1 цикл за секунду = 1 Гц) і похідні (кілоцикл за секунду, мегацикл за секунду, кіломегацикл за секунду, рівні відповідно кілогерцю, мегагерцю та гігагерцю).
Метрологічні аспекти
Для вимірювання частоти застосовуються частотоміри різних видів, у тому числі: для вимірювання частоти імпульсів - електронно-лічильні та конденсаторні, для визначення частот спектральних складових - резонансні та гетеродинні частотоміри, а також аналізатори спектра. Для відтворення частоти із заданою точністю використовують різні заходи - стандарти частоти (висока точність), синтезатори частот, генератори сигналів та ін. Порівнюють частоти компаратором частоти або за допомогою осцилографа по фігурах Ліссажу.
Еталони
Для перевірки засобів вимірювання частоти застосовуються національні стандарти частоти. У Росії її до національних стандартів частоти относятся:
- Державний первинний еталон одиниць часу, частоти і національної шкали часу ГЕТ 1-98 - знаходиться у ВНДІФТРІ.
- Вторинний стандарт одиниці часу і частоти ВЕТ 1-10-82- знаходиться в СНДІМ (Новосибірськ).
Обчислення
Обчислення частоти повторюваної події здійснюється за допомогою обліку кількості появ цієї події протягом заданого періоду часу . Отримана кількість поділяється на тривалість тимчасового відрізка. Наприклад, якщо протягом 15 секунд відбулася 71 однорідна подія, то частота становитиме
ν = 71 15 s ≈ 4.7 Hz (\displaystyle \nu =(\frac (71)(15\,(\mbox(s))))\approx 4.7\,(\mbox(Hz)))Якщо отримана кількість відліків невелика, то більш точним прийомом є вимірювання часового інтервалу для заданого числа події, що розглядається, а не знаходження кількості подій в межах заданого проміжку часу . Використання останнього методу вводить між нульовим та першим відліком випадкову помилку, що становить у середньому половину відліку; це може призводити до появи середньої помилки в частоті, що обчислюється Δν = 1/(2 T m) , або ж відносної похибки Δ ν /ν = 1/(2v T m ) , де T m - тимчасовий інтервал, а ν - частота, що вимірюється. Помилка зменшується в міру зростання частоти, тому дана проблема є найбільш суттєвою для низьких частот, де кількість відліків N мало.
Методи виміру
Стробоскопічний метод
Використання спеціального приладу – стробоскопа – є одним із історично ранніх методів вимірювання частоти обертання або вібрації різних об'єктів. У процесі вимірювання задіюється стробоскопічне джерело світла (як правило, яскрава лампа, що періодично дає короткі світлові спалахи), частота роботи якого підлаштовується за допомогою попередньо відкаліброваного хронічного ланцюга. Джерело світла прямує на об'єкт, що обертається, а потім частота спалахів поступово змінюється. Коли частота спалахів зрівняється з частотою обертання або вібрації об'єкта, останній встигає здійснити повний коливальний цикл і повернутися в початкове положення між двома спалахами, так що при освітленні стробоскопічною лампою цей об'єкт буде здаватися нерухомим. У даного методу, втім, є недолік: якщо частота обертання об'єкта ( x) не дорівнює частоті строба ( y), але пропорційна їй з цілим коефіцієнтом (2 x , 3xі т. п.), то об'єкт при освітленні все одно виглядатиме нерухомим.
Стробоскопічний метод використовується також для точного настроювання частоти обертання (коливань). І тут частота спалахів фіксована, а змінюється частота періодичного руху об'єкта до того часу, поки він починає здаватися нерухомим.
Метод биття
Всі ці хвилі, від найнижчих частот радіохвиль до високих частот гамма-променів, принципово однакові, і всі вони називаються електромагнітним випромінюванням. Всі вони поширюються у вакуумі зі швидкістю світла.
Інший характеристикою електромагнітних хвиль є довжина хвилі. Довжина хвилі обернено пропорційна частоті, так що електромагнітні хвилі з більш високою частотою має більш коротку довжину хвилі, і навпаки. У вакуумі довжина хвилі
λ = c / ν , (\displaystyle \lambda =c/\nu ,)де з- Швидкість світла у вакуумі. У середовищі, в якому фазова-швидкість поширення електромагнітної хвилі c′ відрізняється від швидкості світла у вакуумі ( c′ = c/n, де n- показник заломлення), зв'язок між довжиною хвилі і частотою буде наступною:
λ = c n ν. (\displaystyle \lambda =(\frac (c)(n\nu )).)Ще одна характеристика хвилі, що часто використовується, - хвилеве число (просторова частота), рівне кількості хвиль, що укладаються на одиницю довжини: k= 1/λ. Іноді ця величина використовується з коефіцієнтом 2π, за аналогією зі звичайною та круговою частотою k s = 2π/λ. У разі електромагнітної хвилі у середовищі
k = 1 / λ = n c . (\displaystyle k=1/\lambda =(\frac (n\nu )(c)).) k s = 2 π / λ = 2 π n ν c = n ω c. (\displaystyle k_(s)=2\pi /\lambda =(\frac (2\pi n\nu )(c))=(\frac (n\omega )(c)).)Звук
Властивості звуку (механічних пружних коливань середовища) залежить від частоти. Людина може чути коливання із частотою від 20 Гц укладаються в діапазон від ноти 50 Гц. У Північній Америці (США, Канада, Мексика), Центральній та деяких країнах північній частині Південної Америки (Бразилія, Венесуела, Колумбія, Перу), а також у деяких країнах Азії (у південно-західній частині Японії, в Південній Кореї, Саудівській Аравії , на Філіппінах та Тайвані) використовується частота 60 Гц . Див. Стандарти, роз'єми, напруги, частоти, електромережі в різних країнах. Майже всі побутові електроприлади однаково добре працюють у мережах із частотою 50 та 60 Гц за умови однакової напруги мережі. Наприкінці XIX - у першій половині XX століття, до стандартизації, у різних ізольованих мережах використовувалися частоти від 16 , хоча збільшує втрати при передачі на великі відстані - через ємнісні втрат, зростання індуктивного опору лінії і втрат на