آنچه حرکت نوسانی را مشخص می کند. دوره و فرکانس فرکانس نوسانات در فیزیک چگونه اندازه گیری می شود؟

06.12.2023 در تماس با

زمانی که طی آن یک تغییر کامل در emf رخ می دهد، یعنی یک چرخه نوسان یا یک دور کامل بردار شعاع، نامیده می شود. دوره نوسان جریان متناوب(تصویر 1).

تصویر 1. دوره و دامنه یک نوسان سینوسی. دوره زمان یک نوسان است. دامنه بزرگترین ارزش آنی آن است.

نقطه در ثانیه بیان می شود و با حرف نشان داده می شود تی.

واحدهای کوچکتر اندازه گیری دوره نیز استفاده می شود: میلی ثانیه (ms) - یک هزارم ثانیه و میکروثانیه (μs) - یک میلیونیم ثانیه.

1 ms = 0.001 ثانیه = 10 -3 ثانیه.

1 μs = 0.001 ms = 0.000001 ثانیه = 10 -6 ثانیه.

1000 میکرو ثانیه = 1 میلی ثانیه

تعداد تغییرات کامل در emf یا تعداد دورهای بردار شعاع، به عبارت دیگر، تعداد چرخه های کامل نوسانات انجام شده توسط جریان متناوب در عرض یک ثانیه، نامیده می شود. فرکانس نوسان AC.

فرکانس با حرف نشان داده می شود f و بر حسب سیکل در ثانیه یا هرتز بیان می شود.

هزار هرتز را کیلوهرتز (کیلوهرتز) و یک میلیون هرتز را مگاهرتز (MHz) می‌گویند. همچنین یک واحد گیگاهرتز (گیگاهرتز) برابر با هزار مگاهرتز وجود دارد.

1000 هرتز = 10 3 هرتز = 1 کیلوهرتز.

1000 000 هرتز = 10 6 هرتز = 1000 کیلوهرتز = 1 مگاهرتز.

1000 000 000 هرتز = 10 9 هرتز = 1000 000 کیلوهرتز = 1000 مگاهرتز = 1 گیگاهرتز.

هر چه EMF سریعتر تغییر کند یعنی بردار شعاع سریعتر بچرخد دوره نوسان کوتاهتر است و هر چه بردار شعاع سریعتر بچرخد فرکانس بیشتر می شود. بنابراین، فرکانس و دوره جریان متناوب مقادیری هستند که نسبت عکس با یکدیگر دارند. هر چه یکی از آنها بزرگتر باشد، دیگری کوچکتر است.

رابطه ریاضی بین دوره و فرکانس جریان متناوب و ولتاژ با فرمول ها بیان می شود

به عنوان مثال، اگر فرکانس فعلی 50 هرتز باشد، دوره برابر با:

T = 1/f = 1/50 = 0.02 ثانیه.

و بالعکس، اگر معلوم شود که دوره جریان 0.02 ثانیه است، (T = 0.02 ثانیه)، آنگاه فرکانس برابر خواهد بود:

f = 1/T=1/0.02 = 100/2 = 50 هرتز

فرکانس جریان متناوب مورد استفاده برای روشنایی و مصارف صنعتی دقیقاً 50 هرتز است.

فرکانس های بین 20 تا 20000 هرتز را فرکانس های صوتی می نامند. جریان در آنتن ایستگاه های رادیویی با فرکانس هایی تا 1500000000 هرتز یا به عبارت دیگر تا 1500 مگاهرتز یا 1.5 گیگاهرتز در نوسان است. این فرکانس های بالا را فرکانس های رادیویی یا ارتعاشات فرکانس بالا می نامند.

در نهایت، جریان در آنتن ایستگاه‌های رادار، ایستگاه‌های ارتباطی ماهواره‌ای و سایر سیستم‌های خاص (مثلاً GLANASS، GPS) با فرکانس‌هایی تا 40000 مگاهرتز (40 گیگاهرتز) و بالاتر در نوسان است.

دامنه جریان AC

بیشترین مقداری که emf یا جریان در یک دوره به آن می رسد نامیده می شود دامنه emf یا جریان متناوب. به راحتی می توان متوجه شد که دامنه روی مقیاس برابر با طول بردار شعاع است. دامنه جریان، EMF و ولتاژ به ترتیب با حروف مشخص می شوند من، ام و ام (تصویر 1).

فرکانس زاویه ای (چرخه ای) جریان متناوب.

سرعت چرخش بردار شعاع، یعنی تغییر زاویه چرخش در یک ثانیه، فرکانس زاویه ای (چرخه ای) جریان متناوب نامیده می شود و با حرف یونانی نشان داده می شود. ? (امگا). زاویه چرخش بردار شعاع در هر لحظه نسبت به موقعیت اولیه آن معمولاً نه بر حسب درجه، بلکه در واحدهای ویژه - رادیان اندازه گیری می شود.

رادیان مقدار زاویه ای یک کمان دایره ای است که طول آن برابر با شعاع این دایره است (شکل 2). کل دایره ای که 360 درجه را تشکیل می دهد برابر با 6.28 رادیان است، یعنی 2.

شکل 2.

1 راد = 360 درجه / 2

در نتیجه انتهای بردار شعاع در طول یک دوره مسیری برابر با 28/6 رادیان را پوشش می دهد (2). از آنجایی که در عرض یک ثانیه بردار شعاع تعدادی دور برابر فرکانس جریان متناوب می کند f، سپس در یک ثانیه انتهای آن مسیری برابر با 6.28*fرادیان این عبارت که سرعت چرخش بردار شعاع را مشخص می کند، فرکانس زاویه ای جریان متناوب - ? .

? = 6.28 * f = 2f

زاویه چرخش بردار شعاع در هر لحظه نسبت به موقعیت اولیه آن نامیده می شود فاز AC. فاز، اندازه EMF (یا جریان) را در یک لحظه مشخص یا، همانطور که می گویند، مقدار لحظه ای EMF، جهت آن در مدار و جهت تغییر آن را مشخص می کند. فاز نشان می دهد که emf در حال کاهش یا افزایش است.

شکل 3.

چرخش کامل بردار شعاع 360 درجه است. با شروع یک چرخش جدید بردار شعاع، EMF به همان ترتیبی که در دوران انقلاب اول تغییر می کند، تغییر می کند. در نتیجه، تمام مراحل EMF به همان ترتیب تکرار می شود. به عنوان مثال، فاز EMF هنگامی که بردار شعاع با زاویه 370 درجه می چرخد مانند زمانی است که 10 درجه می چرخد. در هر دوی این موارد، بردار شعاع موقعیت یکسانی را اشغال می کند و بنابراین، مقادیر لحظه ای emf در هر دو حالت در فاز یکسان خواهد بود.

مشخصه یک فرآیند دوره ای، برابر با تعداد چرخه های کامل فرآیند تکمیل شده در واحد زمان. نمادهای استاندارد در فرمول ها عبارتند از , یا . واحد فرکانس در سیستم بین المللی واحدها (SI) به طور کلی هرتز است ( هرتز, هرتز). متقابل فرکانس دوره نامیده می شود. فرکانس، مانند زمان، یکی از دقیق ترین کمیت های فیزیکی است: تا دقت نسبی 10-17.

فرآیندهای تناوبی در طبیعت با فرکانس هایی از ~10-16 هرتز (فرکانس چرخش خورشید به دور مرکز کهکشان) تا ~1035 هرتز (فرکانس نوسانات میدان مشخصه پر انرژی ترین پرتوهای کیهانی) شناخته شده اند.

فرکانس چرخه ای

نرخ رویداد گسسته

بسامد رویدادهای گسسته (فرکانس پالس) یک کمیت فیزیکی برابر با تعداد رویدادهای گسسته ای است که در واحد زمان رخ می دهد. واحد بسامد رویدادهای گسسته دوم به منهای توان اول است ( s −1, s-1، اما در عمل معمولاً از هرتز برای بیان فرکانس پالس استفاده می شود.

فرکانس چرخش

فرکانس چرخش یک کمیت فیزیکی برابر با تعداد دور کامل در واحد زمان است. واحد سرعت چرخش دوم منهای توان اول است ( s −1, s-1)، دور در ثانیه. واحدهایی که اغلب استفاده می شوند عبارتند از: دور در دقیقه، دور در ساعت و غیره.

سایر مقادیر مربوط به فرکانس

جنبه های مترولوژیکی

اندازه گیری ها

برای اندازه گیری فرکانس از انواع فرکانس سنج ها استفاده می شود، از جمله: برای اندازه گیری فرکانس پالس ها - شمارش الکترونیکی و خازن، برای تعیین فرکانس اجزای طیفی - فرکانس سنج رزونانس و هترودین و همچنین تحلیلگرهای طیف.
برای بازتولید فرکانس با دقت معین، از معیارهای مختلفی استفاده می شود - استانداردهای فرکانس (دقت بالا)، سینت سایزرهای فرکانس، ژنراتورهای سیگنال و غیره.
فرکانس ها را با استفاده از مقایسه کننده فرکانس یا با استفاده از اسیلوسکوپ با استفاده از الگوهای Lissajous مقایسه کنید.

استانداردها

استاندارد اولیه دولتی واحدهای زمان، فرکانس و مقیاس زمانی ملی GET 1-98 - واقع در VNIIFTRI
استاندارد ثانویه واحد زمان و فرکانس VET 1-10-82- واقع در SNIIM (نووسیبیرسک)

همچنین ببینید

یادداشت

ادبیات

Fink L. M. سیگنال ها، تداخل، خطاها ... - M.: رادیو و ارتباطات، 1984
واحدهای مقادیر فیزیکی. Burdun G. D.، Bazakutsa V. A. - خارکف: مدرسه ویشچا،
کتاب راهنمای فیزیک. یاورسکی بی. ام.، دتلاف آ. ا. - م.: علم،

پیوندها

بنیاد ویکی مدیا 2010.

مترادف ها:

مجوز
فیزیک شیمی

ببینید «فرکانس» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

فرکانس- (1) تعداد تکرارهای یک پدیده تناوبی در واحد زمان. (2) فرکانس جانبی Ch.، بیشتر یا کمتر از فرکانس حامل ژنراتور فرکانس بالا، زمانی رخ می دهد که (نگاه کنید به). (3) تعداد چرخش ها مقداری است برابر با نسبت تعداد دورهای... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

فرکانس- فرکانس پلاسمای یونی - فرکانس نوسانات الکترواستاتیکی که می توان در پلاسمایی مشاهده کرد که دمای الکترون آن به طور قابل توجهی از دمای یون ها بیشتر است. این فرکانس به غلظت، بار و جرم یون های پلاسما بستگی دارد. ... اصطلاحات انرژی هسته ای

فرکانس- فرکانس، فرکانس، جمع. (خاص) فرکانس، فرکانس، زنان. (کتاب). 1. فقط واحد پریشان اسم مکرر کردن فراوانی موارد. فرکانس ریتم افزایش ضربان قلب. فرکانس فعلی 2. کمیتی که درجه ای از حرکت مکرر را بیان می کند... فرهنگ توضیحی اوشاکوف

فرکانس- s فرکانس ها؛ و 1. به مکرر (1 رقمی). دفعات تکرار حرکات را کنترل کنید. بخش مورد نیاز کاشت سیب زمینی به ضربان نبض خود توجه کنید. 2. تعداد تکرار حرکات یکسان، نوسانات در چه جهتی. واحد زمان ساعت چرخش چرخ. اچ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

فرکانس- (فرکانس) تعداد دوره در ثانیه. فرکانس متقابل دوره نوسان است. به عنوان مثال اگر فرکانس جریان متناوب f = 50 نوسان در ثانیه باشد. (50 N)، سپس دوره T = 1/50 ثانیه. فرکانس بر حسب هرتز اندازه گیری می شود. هنگام مشخص کردن تشعشعات... ... دیکشنری دریایی

فرکانس- هارمونیک، ارتعاش فرهنگ لغت مترادف روسی. اسم فرکانس تراکم تراکم (درباره پوشش گیاهی)) فرهنگ مترادف روسی. زمینه 5.0 انفورماتیک. 2012 … فرهنگ لغت مترادف

فرکانس- وقوع یک رویداد تصادفی نسبت m/n تعداد m وقوع این رویداد در یک دنباله معین از آزمون ها (تعداد آن) به تعداد کل n آزمون است. اصطلاح فرکانس به معنای وقوع نیز به کار می رود. در یک کتاب قدیمی......... فرهنگ لغت آمار جامعه شناسی

هر چیزی در این سیاره فرکانس خاص خود را دارد. طبق یک نسخه، حتی اساس دنیای ما را تشکیل می دهد. افسوس که این نظریه برای ارائه در یک نشریه بسیار پیچیده است، بنابراین ما به طور انحصاری فراوانی نوسانات را به عنوان یک عمل مستقل در نظر خواهیم گرفت. در چارچوب مقاله، تعاریف این فرآیند فیزیکی، واحدهای اندازه گیری و مولفه اندازه شناسی آن ارائه خواهد شد. و در نهایت مثالی از اهمیت صدای معمولی در زندگی روزمره مورد توجه قرار خواهد گرفت. ما می آموزیم که او چیست و ماهیت او چیست.

فرکانس نوسان چیست؟

منظور ما یک کمیت فیزیکی است که برای مشخص کردن یک فرآیند دوره ای استفاده می شود، که برابر است با تعداد تکرارها یا وقوع رویدادهای خاص در یک واحد زمان. این شاخص به عنوان نسبت تعداد این حوادث به دوره زمانی که در طی آن اتفاق افتاده محاسبه می شود. هر عنصر از جهان فرکانس ارتعاش خاص خود را دارد. یک بدن، یک اتم، یک پل جاده، یک قطار، یک هواپیما - همه آنها حرکات خاصی را انجام می دهند که به آنها می گویند. حتی اگر این فرآیندها با چشم قابل مشاهده نباشند، وجود دارند. واحدهای اندازه گیری که فرکانس نوسان در آنها محاسبه می شود هرتز است. آنها نام خود را به افتخار فیزیکدان آلمانی الاصل گرفتند هاینریش هرتز

فرکانس لحظه ای

یک سیگنال دوره ای را می توان با فرکانس لحظه ای مشخص کرد که تا یک ضریب، نرخ تغییر فاز است. می توان آن را به صورت مجموع مولفه های طیفی هارمونیک که دارای نوسانات ثابت خود هستند نشان داد.

فرکانس چرخه ای

استفاده از آن در فیزیک نظری، به ویژه در بخش الکترومغناطیس راحت است. فرکانس چرخه ای (همچنین شعاعی، دایره ای، زاویه ای نیز نامیده می شود) یک کمیت فیزیکی است که برای نشان دادن شدت مبدأ حرکت نوسانی یا چرخشی استفاده می شود. اولین مورد با چرخش یا نوسان در ثانیه بیان می شود. در حرکت چرخشیفرکانس برابر با مدول برداری است سرعت زاویهای.

این شاخص بر حسب رادیان در ثانیه بیان می شود. بعد فرکانس چرخه ای متقابل زمان است. از نظر عددی، برابر است با تعداد نوسانات یا چرخش هایی که در تعداد ثانیه 2π رخ داده است. معرفی آن برای استفاده این امکان را فراهم می کند که طیف مختلف فرمول ها در الکترونیک و فیزیک نظری به طور قابل توجهی ساده شود. محبوب ترین مثال استفاده، محاسبه فرکانس چرخه ای تشدید مدار LC نوسانی است. فرمول های دیگر می توانند به طور قابل توجهی پیچیده تر شوند.

نرخ رویداد گسسته

این مقدار به معنای مقداری است که برابر با تعداد رویدادهای گسسته ای است که در یک واحد زمان رخ می دهد. در تئوری، نشانگر معمولاً مورد استفاده دوم منهای توان اول است. در عمل معمولاً از هرتز برای بیان فرکانس پالس استفاده می شود.

فرکانس چرخش

این به عنوان یک کمیت فیزیکی است که برابر با تعداد دورهای کاملی است که در یک واحد زمان رخ می دهد. نشانگر استفاده شده در اینجا نیز دومین منهای توان اول است. برای نشان دادن کار انجام شده می توان از عباراتی مانند چرخش در دقیقه، ساعت، روز، ماه، سال و غیره استفاده کرد.

واحدها

فرکانس نوسان چگونه اندازه گیری می شود؟ اگر سیستم SI را در نظر بگیریم، واحد اندازه گیری در اینجا هرتز است. در ابتدا توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی در سال 1930 معرفی شد. و یازدهمین کنفرانس عمومی اوزان و معیارها در سال 1960 استفاده از این شاخص را به عنوان یک واحد SI تثبیت کرد. چه چیزی به عنوان "ایده آل" مطرح شد؟ فرکانس زمانی بود که یک چرخه در یک ثانیه کامل می شود.

اما در مورد تولید چطور؟ مقادیر دلخواه به آنها اختصاص داده شد: کیلو سیکل، مگا سیکل در ثانیه و غیره. بنابراین، وقتی دستگاهی را برمی‌دارید که در گیگاهرتز کار می‌کند (مانند یک پردازنده کامپیوتر)، تقریباً می‌توانید تصور کنید که چند عمل انجام می‌دهد. به نظر می رسد زمان برای یک شخص چقدر کند می گذرد. اما این فناوری موفق به انجام میلیون ها و حتی میلیاردها عملیات در ثانیه در همان دوره می شود. در عرض یک ساعت، کامپیوتر در حال حاضر کارهای زیادی انجام می دهد که اکثر مردم حتی نمی توانند آنها را به صورت عددی تصور کنند.

جنبه های مترولوژیکی

فرکانس نوسان حتی در اندازه شناسی کاربرد خود را پیدا کرده است. دستگاه های مختلف عملکردهای زیادی دارند:

فرکانس پالس اندازه گیری می شود. آنها با شمارش الکترونیکی و انواع خازن نشان داده می شوند.
فرکانس مولفه های طیفی تعیین می شود. انواع هترودین و رزونانسی وجود دارد.
تجزیه و تحلیل طیف انجام می شود.
فرکانس مورد نیاز را با دقت معین بازتولید کنید. در این مورد می توان از اقدامات مختلفی استفاده کرد: استانداردها، سینت سایزرها، مولدهای سیگنالو تکنیک های دیگر در این راستا.
شاخص های نوسانات به دست آمده با هم مقایسه می شوند؛ برای این منظور از مقایسه کننده یا اسیلوسکوپ استفاده می شود.

نمونه کار: صدا

درک هر چیزی که در بالا نوشته شده است می تواند بسیار دشوار باشد، زیرا ما از زبان خشک فیزیک استفاده کردیم. برای درک اطلاعات ارائه شده، می توانید یک مثال بزنید. همه چیز به تفصیل شرح داده خواهد شد، بر اساس تجزیه و تحلیل موارد از زندگی مدرن. برای انجام این کار، معروف ترین مثال ارتعاش - صدا را در نظر بگیرید. خواص آن، و همچنین ویژگی های اجرای ارتعاشات الاستیک مکانیکی در محیط، به طور مستقیم به فرکانس بستگی دارد.

اندام‌های شنوایی انسان می‌توانند ارتعاشاتی را بین ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز تشخیص دهند. علاوه بر این، با افزایش سن، حد بالایی به تدریج کاهش می یابد. اگر فرکانس ارتعاشات صدا به زیر 20 هرتز (که مطابق با قرارداد فرعی mi است) کاهش یابد، آنگاه مادون صوت ایجاد خواهد شد. این نوع که در اکثر موارد برای ما قابل شنیدن نیست، هنوز هم می تواند به طور ملموس توسط مردم احساس شود. وقتی از حد 20 کیلوهرتز فراتر رفت، نوساناتی ایجاد می شود که به آن اولتراسوند می گویند. اگر فرکانس از 1 گیگاهرتز بیشتر شود، در این صورت با فراصوت سروکار خواهیم داشت. اگر ساز موسیقی مانند پیانو را در نظر بگیریم، می تواند ارتعاشاتی در محدوده 27.5 هرتز تا 4186 هرتز ایجاد کند. باید در نظر گرفت که صدای موسیقی فقط از فرکانس اصلی تشکیل نمی شود - تون ها و هارمونیک ها نیز در آن مخلوط می شوند. همه اینها با هم تن را تعیین می کند.

نتیجه

همانطور که فرصت یادگیری را داشته اید، فرکانس ارتعاشی جزء بسیار مهمی است که به جهان ما اجازه می دهد تا کار کند. با تشکر از او، ما می توانیم بشنویم، با کمک او کامپیوتر کار می کند و بسیاری از چیزهای مفید دیگر انجام می شود. اما اگر فرکانس نوسان از حد بهینه بیشتر شود، ممکن است تخریب خاصی آغاز شود. بنابراین، اگر روی پردازنده تأثیر بگذارید تا کریستال آن با عملکرد دو برابر کار کند، به سرعت از کار می افتد.

چیزی مشابه را می توان در مورد زندگی انسان گفت، زمانی که در فرکانس های بالا پرده گوش او می ترکد. تغییرات منفی دیگری نیز در بدن رخ خواهد داد که منجر به مشکلات خاصی حتی مرگ خواهد شد. علاوه بر این، با توجه به ویژگی های ماهیت فیزیکی، این فرآیند در یک دوره زمانی نسبتا طولانی ادامه خواهد داشت. به هر حال، با در نظر گرفتن این عامل، ارتش در حال بررسی فرصت های جدید برای توسعه سلاح های آینده است.

فرکانس چرخه ای

نرخ رویداد گسسته

فرکانس چرخش

سایر مقادیر مربوط به فرکانس