Hertz
Le hertz (symbole : Hz ) est l’ unité de fréquence dans le Système international d’unités (SI) et est défini comme un cycle par seconde . [1] [2] Le hertz est une unité SI dérivée dont l’expression en termes d’ unités de base SI est s −1 , ce qui signifie qu’un hertz est l’inverse d’une seconde. [3] Il porte le nom de Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894), la première personne à fournir une preuve concluante de l’existence des ondes électromagnétiques . Hertz sont couramment exprimés enmultiples : kilohertz (10 3 Hz , kHz), mégahertz (10 6 Hz , MHz), gigahertz (10 9 Hz , GHz), térahertz (10 12 Hz , THz).
| Hertz | |
|---|---|
| Système d’unité | Unité dérivée SI |
| Unité de | La fréquence |
| Symbole | hertz |
| Nommé après | Henri Hertz |
| En unités de base SI | s -1 |
De haut en bas : feux clignotants à des fréquences f =0,5Hz , 1,0Hz et 2,0 Hz ; c’est-à-dire à 0,5, 1,0 et 2,0 flashs par seconde, respectivement. Le temps entre chaque flash – la période T – est donné par 1 ⁄ f (l’ inverse de f ) ; c’est-à-dire 2, 1 et 0,5 secondes, respectivement.
Certaines des utilisations les plus courantes de l’unité sont dans la description des ondes sinusoïdales et des tonalités musicales , en particulier celles utilisées dans les applications liées à la radio et à l’audio. Il est également utilisé pour décrire les vitesses d’horloge auxquelles les ordinateurs et autres appareils électroniques sont pilotés. Les unités sont parfois également utilisées comme représentation de l’ énergie d’un photon , via la relation de Planck E = h ν , où E est l’énergie du photon, ν sa fréquence et la constante de proportionnalité h est la Constante de Planck .
Définition
Le hertz est défini comme un cycle par seconde . Le Comité international des poids et mesures a défini la seconde comme “la durée de9 192 631 770 périodes du rayonnement correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’ atome de césium -133” [4] [5] puis ajoute : “Il s’ensuit que le dédoublement hyperfin dans l’état fondamental de l’atome de césium 133 est exactement9 192 631 770 hertz, ν(hfs Cs) =9 192 631 770 Hz .” La dimension de l’unité hertz est 1/temps (1/T). Exprimée en unités SI de base, l’unité est 1/seconde (1/s).
En anglais, “hertz” est également utilisé comme forme plurielle. [6] En tant qu’unité SI, Hz peut être préfixé ; les multiples couramment utilisés sont kHz (kilohertz,10 3 Hz ), MHz (mégahertz,10 6 Hz ), GHz (gigahertz,10 9 Hz ) et THz (térahertz,10 12 Hz ). Un hertz signifie simplement “un cycle par seconde” (généralement ce qui est compté est un cycle complet);100 Hz signifie “cent Cycles par seconde“, et ainsi de suite. L’unité peut être appliquée à n’importe quel événement périodique – par exemple, on peut dire qu’une horloge fait tic tac à1 Hz , ou on pourrait dire qu’un cœur humain bat à1,2Hz .
Le taux d’occurrence des événements apériodiques ou stochastiques s’exprime en Seconde réciproque ou seconde inverse (1/s ou s −1 ) en général ou, dans le cas particulier de la décroissance radioactive , en becquerels . [7] Alors que1 Hz correspond à un cycle par seconde,1 Bq correspond à un événement radionucléide apériodique par seconde.
Même si la vitesse angulaire , la fréquence angulaire et l’unité hertz ont toutes la dimension 1/T, la vitesse angulaire et la fréquence angulaire ne sont pas exprimées en hertz, [8] mais plutôt dans une unité angulaire appropriée telle que le radian par seconde . Ainsi, un disque tournant à 60 tours par minute (rpm) est dit tourner à 2 π rad/s ou 1 Hz , où le premier mesure la vitesse angulaire et le second reflète le nombre de tours complets par seconde. La conversion entre une fréquence f mesurée en hertz et une vitesse angulaire ω mesurée en radians par seconde est
ω = 2 π F {displaystyle omega =2pi f,} 
Le hertz porte le nom de Heinrich Hertz . Comme pour chaque unité SI nommée pour une personne, son symbole commence par une lettre majuscule (Hz), mais lorsqu’il est écrit en entier, il suit les règles de capitalisation d’un Nom commun ; c’est-à-dire, ” hertz ” prend une majuscule au début d’une phrase et dans les titres, mais est autrement en minuscules.
Histoire
Le hertz porte le nom du physicien allemand Heinrich Hertz (1857–1894), qui a apporté d’importantes contributions scientifiques à l’étude de l’électromagnétisme . Le nom a été établi par la Commission électrotechnique internationale (CEI) en 1935. [9] Il a été adopté par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) ( Conférence générale des poids et mesures ) en 1960, remplaçant l’ancien nom de l’unité , “Cycles par seconde” (cps), ainsi que ses multiples associés, principalement “kilocycles par seconde” (kc/s) et “mégacycles par seconde” (Mc/s), et occasionnellement “kilomegacycles par seconde” (kMc/s ). Le terme “Cycles par seconde” a été largement remplacé par “[dix]
Parfois, la forme adjectivale “par seconde” était omise, de sorte que “mégacycles” (Mc) était utilisé comme abréviation de “mégacycles par seconde” (c’est-à-dire mégahertz (MHz)). [11]
Applications
Une onde sinusoïdale à fréquence variable 
Un battement de cœur est un exemple de phénomène périodique non sinusoïdal qui peut être analysé en termes de fréquence. Deux cycles sont illustrés.
Vibration
Le son est une onde longitudinale progressive qui est une oscillation de pression . Les humains perçoivent la fréquence des ondes sonores comme hauteur . Chaque note de musique correspond à une fréquence particulière qui peut être mesurée en hertz. L’oreille d’un nourrisson est capable de percevoir des fréquences allant de20 Hz à20 000 Hz ; l’ humain adulte moyen peut entendre des sons entre20 Hz et16 000 Hz . [12] La gamme des ultrasons , des infrasons et d’autres vibrations physiques telles que les vibrations moléculaires et atomiques s’étend de quelques femtohertz [13] à la gamme des térahertz [14] et au-delà. [15]
Un rayonnement électromagnétique
Le rayonnement électromagnétique est souvent décrit par sa fréquence – le nombre d’ oscillations des champs électriques et magnétiques perpendiculaires par seconde – exprimée en hertz.
Le rayonnement radiofréquence est généralement mesuré en kilohertz (kHz), mégahertz (MHz) ou gigahertz (GHz). La lumière est un rayonnement électromagnétique dont la fréquence est encore plus élevée et dont les fréquences sont comprises entre des dizaines ( infrarouge ) et des milliers ( ultraviolet ) de térahertz. Le rayonnement électromagnétique avec des fréquences dans la gamme basse des térahertz (intermédiaire entre celles des fréquences radio les plus élevées normalement utilisables et la lumière infrarouge à ondes longues) est souvent appelé rayonnement térahertz . Des fréquences encore plus élevées existent, comme celle des rayons gamma, qui peut être mesuré en exahertz (EHz). (Pour des raisons historiques, les fréquences des rayonnements électromagnétiques légers et à haute fréquence sont plus communément spécifiées en termes de longueurs d’ onde ou d’ énergies photoniques : pour un traitement plus détaillé de cette plage de fréquences et des plages de fréquences ci-dessus, voir spectre électromagnétique .)
Des ordinateurs
Dans les ordinateurs, la plupart des unités centrales de traitement (CPU) sont étiquetées en fonction de leur fréquence d’horloge exprimée en mégahertz (10 6 Hz ) ou gigahertz (10 9 Hz ). Cette spécification fait référence à la fréquence du signal d’horloge maître du CPU . Ce signal est une onde carrée , qui est une tension électrique qui bascule entre des valeurs logiques basses et hautes à intervalles réguliers. Le hertz étant devenu la principale unité de mesure acceptée par le grand public pour déterminer les performances d’un processeur, de nombreux experts ont critiqué cette approche, qui, selon eux, est une référence facilement manipulable . Certains processeurs utilisent plusieurs périodes d’horloge pour effectuer une seule opération, tandis que d’autres peuvent effectuer plusieurs opérations en un seul cycle. [16] Pour les ordinateurs personnels, les vitesses d’horloge du processeur varient d’environ1 MHz à la fin des années 1970 ( ordinateurs Atari , Commodore , Apple ) jusqu’à6 GHz dans les microprocesseurs IBM Power .
Divers bus informatiques , tels que le bus frontal reliant le CPU et le northbridge , fonctionnent également à différentes fréquences dans la gamme des mégahertz.
multiples SI
| Sous-multiples | Multiples | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Valeur | Symbole SI | Nom | Valeur | Symbole SI | Nom |
| 10 −1Hz _ | dHz | décihertz | 10 1Hz _ | daHz | décahertz |
| 10 −2Hz _ | cHz | centihertz | 10 2Hz _ | Hz | hectohertz |
| 10 −3 Hz | MHz | millihertz | 10 3Hz _ | kHz | kilohertz |
| 10 −6Hz _ | μHz | microhertz | 10 6Hz _ | MHz | mégahertz |
| 10 −9Hz _ | nHz | nanohertz | 10 9Hz _ | GHz | gigahertz |
| 10 −12Hz _ | pHz | picohertz | 10 12Hz _ | THz | térahertz |
| 10 −15 Hz | fHz | femtohertz | 10 15Hz _ | MHz | pétahertz |
| 10 −18 Hz | aHz | attohertz | 10 18Hz _ | EHz | exahertz |
| 10 −21 Hz | zHz | zeptohertz | 10 21Hz _ | ZHz | zettahertz |
| 10 −24Hz _ | yHz | yoctohertz | 10 24Hz _ | YHz | yottahertz |
| Les unités préfixées communes sont en gras. |
On pense que des fréquences plus élevées que celles pour lesquelles le Système international d’unités fournit des préfixes se produisent naturellement dans les fréquences des vibrations de la mécanique quantique des particules à haute énergie ou, de manière équivalente, massives, bien qu’elles ne soient pas directement observables et doivent être déduites de leurs interactions avec d’autres phénomènes. Par convention, ceux-ci ne sont généralement pas exprimés en hertz, mais en termes d’énergie quantique équivalente, qui est proportionnelle à la fréquence par le facteur de la Constante de Planck .
Unicode
Le bloc de compatibilité CJC dans Unicode contient des caractères pour les unités SI communes pour la fréquence. Ceux-ci sont destinés à être compatibles avec les codages de caractères d’Asie de l’Est et non à être utilisés dans de nouveaux documents (dont on s’attendrait à ce qu’ils utilisent des lettres latines, par exemple “MHz”). [17]
- U+3390 Hz CARRÉ HZ
- U+3391 kHz KHZ CARRÉ
- U+3392 MHz MHZ CARRÉ
- U+3393 GHz GHZ CARRÉ
- U+3394 THz CARRÉ THZ
Voir également
- Courant alternatif
- Bande passante (traitement du signal)
- Accordeur électronique
- FLOPS
- Changeur de fréquence
- Fréquence normalisée (unité)
- Ordres de grandeur (fréquence)
- Fonction périodique
- radian par seconde
- Taux
- Taux d’échantillonnage
Notes et références
- ^ “hertz”. (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3e éd.), Boston : Houghton Mifflin.
- ^ “Herz” .
- ^ “La référence NIST sur les constantes, les unités et l’incertitude” .
- ^ “Brochure SI: Le Système international d’unités (SI) § 2.3.1 Unités de base” (PDF) (en anglais britannique et français) (9e éd.). BIPM . 2019. p. 130 . Récupéré le 2 février 2021 .
- ^ “Brochure SI: Le Système international d’unités (SI) § Annexe 1. Décisions de la CGPM et du CIPM” (PDF) (en anglais britannique et français) (9e éd.). BIPM . 2019. p. 169 . Récupéré le 2 février 2021 .
- ^ Guide NIST des unités SI – 9 règles et conventions de style pour l’orthographe des noms d’unités , National Institute of Standards and Technology
- ^ “(d) Le hertz n’est utilisé que pour les phénomènes périodiques, et le becquerel (Bq) n’est utilisé que pour les processus stochastiques en activité référés à un radionucléide.” “BIPM – Tableau 3″ . BIPM . Récupéré le 24 octobre 2012 .
- ^ “Brochure SI, Section 2.2.2, paragraphe 6” . Archivé de l’original le 1er octobre 2009.
- ^ “Histoire CEI” . Iec.ch. Archivé de l’original le 2 juin 2013 . Récupéré le 6 janvier 2021 .
- ^ Cartwright, Rufus (mars 1967). Beason, Robert G. (éd.). “Le succès gâtera-t-il Heinrich Hertz?” (PDF) . Électronique illustrée . Fawcett Publications, Inc. pages 98–99.
- ^ Pellam, JR; Galt, JK (1946). “Propagation ultrasonique dans les liquides: I. Application de la technique d’impulsion aux mesures de vitesse et d’absorption à 15 mégacycles”. Le Journal de Physique Chimique . 14 (10): 608–614. Bibcode : 1946JChPh..14..608P . doi : 10.1063/1.1724072 . hdl : 1721.1/5042 .
- ^ Ernst Terhardt (20 février 2000). “Région spectrale dominante” . Mmk.e-technik.tu-muenchen.de. Archivé de l’original le 26 avril 2012 . Récupéré le 28 avril 2012 .
- ^ “Ondes sonores du trou noir – Direction de la mission scientifique” . science.nasa.go.
- ^ Les Vibrations atomiques sont généralement de l’ordre de dizaines de térahertz
- ^ “Ondes sonores du trou noir – Direction de la mission scientifique” . science.nasa.go.
- ^ Asaravala, Amit (30 mars 2004). “Bon débarras, Gigahertz” . Câblé . Récupéré le 28 avril 2012 .
- ^ Consortium Unicode (2019). “La norme Unicode 12.0 – Compatibilité CJC ❰ Plage : 3300—33FF ❱” (PDF) . Unicode.org . Récupéré le 24 mai 2019 .
Liens externes
- Brochure SI : Unité de temps (seconde)
- Conseil national de recherches du Canada : Horloge fontaine au césium
- Conseil national de recherches du Canada : étalon de fréquence optique basé sur un seul ion piégé
- Conseil national de recherches du Canada : Peigne de fréquence optique
- Laboratoire national de physique : Temps et fréquence Horloges atomiques optiques
- Générateur de tonalité en ligne