Hercios

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Unidad SI para frecuencia

El hercio (símbolo: Hz) es la unidad de frecuencia en el Sistema Internacional de Unidades (SI), equivalente a un evento (o ciclo) por segundo. El hercio es una unidad derivada del SI cuya expresión en términos de unidades base del SI es s⁻¹, lo que significa que un hercio es el recíproco de un segundo. Lleva el nombre de Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894), la primera persona en proporcionar pruebas concluyentes de la existencia de ondas electromagnéticas. Los hercios se expresan comúnmente en múltiplos: kilohercios (kHz), megahercios (MHz), gigahercios (GHz), terahercios (THz).

Algunos de los usos más comunes de la unidad se encuentran en la descripción de formas de onda periódicas y tonos musicales, en particular los que se usan en aplicaciones relacionadas con la radio y el audio. También se utiliza para describir las velocidades de reloj a las que funcionan las computadoras y otros dispositivos electrónicos. Las unidades a veces también se utilizan como una representación de la energía de un fotón, a través de la relación de Planck E = hν, donde E es el fotón& #39;s energía, ν es su frecuencia, y h es la constante de Planck.

Definición

El hercio equivale a un ciclo por segundo. El Comité Internacional de Pesos y Medidas definió el segundo como "la duración de 9192631770 períodos de la radiación correspondientes a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio-133" y luego agrega: "Se deduce que la división hiperfina en el estado fundamental del átomo de cesio 133 es exactamente 9192631770 hercios, ν_{hfs Cs} = 9192631 770 Hz." La dimensión de la unidad hertz es 1/hora (T⁻¹). Expresada en unidades SI básicas, la unidad es el segundo recíproco (1/s).

En inglés, "hertz" también se usa como forma plural. Como unidad SI, se puede anteponer Hz; los múltiplos comúnmente utilizados son kHz (kilohertz, 10³ Hz), MHz (megahercios, 10⁶ Hz), GHz (gigahercios, 10⁹ Hz) y THz (terahercios, 10¹² Hz). Un hercio simplemente significa "un evento por segundo" (donde el evento que se cuenta puede ser un ciclo completo); 100 Hz significa "cien eventos por segundo", y así sucesivamente. La unidad se puede aplicar a cualquier evento periódico; por ejemplo, se podría decir que un reloj marca 1 Hz, o se podría decir que un corazón humano late a 1,2 Hz.

La tasa de ocurrencia de eventos aperiódicos o estocásticos se expresa en segundos recíprocos o segundos inversos (1/s o s⁻¹) en general o, en el caso específico de la radiactividad, en becquereles. Mientras que 1 Hz es un ciclo (o evento periódico) por segundo, 1 Bq es un evento de radionúclido por segundo en promedio.

Aunque la frecuencia, la velocidad angular, la frecuencia angular y la radiactividad tienen la dimensión T⁻¹, de estos, solo la frecuencia se expresa utilizando la unidad hertz. Por tanto, se dice que un disco que gira a 60 revoluciones por minuto (rpm) tiene una velocidad angular de 2 $π$ rad/s y una frecuencia de rotación de 1 Hz. La correspondencia entre una frecuencia f con la unidad de hercios y una velocidad angular ω con la unidad de radianes por segundo es

omega =2pi f

{displaystyle f={frac {omega }{2pi }}.}

El hercio lleva el nombre de Heinrich Hertz. Al igual que con todas las unidades SI nombradas para una persona, su símbolo comienza con una letra mayúscula (Hz), pero cuando se escribe en su totalidad sigue las reglas de mayúsculas de un sustantivo común; es decir, "hercios" se convierte en mayúscula al comienzo de una oración y en los títulos, pero de lo contrario está en minúsculas.

Historia

El hercio lleva el nombre del físico alemán Heinrich Hertz (1857–1894), quien realizó importantes contribuciones científicas al estudio del electromagnetismo. El nombre fue establecido por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en 1935. Fue adoptado por la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) (Conférence générale des poids et mesures) en 1960, reemplazando al anterior nombre de la unidad, "ciclos por segundo" (cps), junto con sus múltiplos relacionados, principalmente "kilociclos por segundo" (kc/s) y "megaciclos por segundo" (Mc/s), y ocasionalmente "kilomegaciclos por segundo" (kMc/s). El término "ciclos por segundo" fue reemplazado en gran parte por "hertz" por la década de 1970.

En algunos usos, el "por segundo" se omitió, por lo que "megaciclos" (Mc) se utilizó como abreviatura de "megaciclos por segundo" (es decir, megahercios (MHz)).

Aplicaciones

Una onda sine con frecuencia variable

Un latido cardíaco es un ejemplo de un fenómeno periódico no sinusoidal que puede ser analizado en términos de frecuencia. Se ilustran dos ciclos.

Sonido y vibración

El sonido es una onda longitudinal viajera, que es una oscilación de presión. Los humanos percibimos la frecuencia de un sonido como su tono. Cada nota musical corresponde a una frecuencia particular. El oído de un bebé es capaz de percibir frecuencias que van desde 20 Hz hasta 20000 Hz; el ser humano adulto promedio puede escuchar sonidos entre 20 Hz y 16000 Hz. El rango de ultrasonido, infrasonido y otras vibraciones físicas, como las vibraciones moleculares y atómicas, se extiende desde unos pocos femtohercios hasta el rango de los terahercios y más allá.

Radiación electromagnética

La radiación electromagnética a menudo se describe por su frecuencia (el número de oscilaciones de los campos magnéticos y eléctricos perpendiculares por segundo) expresada en hercios.

La radiación de radiofrecuencia generalmente se mide en kilohercios (kHz), megahercios (MHz) o gigahercios (GHz). La luz es una radiación electromagnética que tiene una frecuencia aún mayor y tiene frecuencias en el rango de decenas (infrarrojo) a miles (ultravioleta) de terahercios. La radiación electromagnética con frecuencias en el rango bajo de terahercios (intermedio entre las frecuencias de radio más altas normalmente utilizables y la luz infrarroja de onda larga) a menudo se denomina radiación de terahercios. Incluso existen frecuencias más altas, como la de los rayos gamma, que se pueden medir en exahercios (EHz). (Por razones históricas, las frecuencias de la luz y la radiación electromagnética de mayor frecuencia se especifican más comúnmente en términos de sus longitudes de onda o energías de fotones: para un tratamiento más detallado de este y los rangos de frecuencia anteriores, consulte Espectro electromagnético.)

Ordenadores

En las computadoras, la mayoría de las unidades centrales de procesamiento (CPU) están etiquetadas en términos de su frecuencia de reloj expresada en megahercios (MHz) o gigahercios ( GHz). Esta especificación se refiere a la frecuencia de la señal del reloj maestro de la CPU. Esta señal es nominalmente una onda cuadrada, que es un voltaje eléctrico que cambia entre niveles lógicos bajos y altos a intervalos regulares. Dado que el hercio se ha convertido en la principal unidad de medida aceptada por la población en general para determinar el rendimiento de una CPU, muchos expertos han criticado este enfoque, que afirman que es un punto de referencia fácilmente manipulable. Algunos procesadores utilizan varios ciclos de reloj para realizar una sola operación, mientras que otros pueden realizar varias operaciones en un solo ciclo. Para las computadoras personales, las velocidades de reloj de la CPU han oscilado entre aproximadamente 1 MHz a fines de la década de 1970 (Atari, Commodore, ordenadores Apple) hasta 6 GHz en microprocesadores IBM Power.

Varios buses de computadora, como el bus frontal que conecta la CPU y el puente norte, también funcionan en varias frecuencias en el rango de megahercios.

Múltiplos SI

SI multiples of hertz (Hz)
Valor	Símbolo	Nombre	Valor	Símbolo	Nombre
Submultiples			Múltiples
10⁻¹Hz	d Hz	decihertz	10¹Hz	daHz	decahertz
10⁻²Hz	c Hz	centihertz	10²Hz	h Hz	hectohercios
10⁻³Hz	m Hz	millihertz	10³Hz	k Hz	kilohertz
10⁻⁶Hz	μ Hz	microhercios	10⁶Hz	MHz	megahertz
10⁻⁹Hz	n Hz	nanohercios	10⁹Hz	GHz	gigahertz
10⁻¹²Hz	p Hz	picohercio	10¹²Hz	THZ	terahertz
10⁻¹⁵Hz	f Hz	femtohertz	10¹⁵Hz	PHz	petahertz
10⁻¹⁸Hz	a Hz	attohertz	10¹⁸Hz	EHz	exahertz
10^{,21 - 21}Hz	z Hz	zeptohertz	10²¹Hz	ZHz	zettahertz
10⁻²⁴⁻Hz	Sí. Hz	yoctohertz	10²⁴Hz	YHz	Yottahertz
10⁻²⁷Hz	r Hz	rontohertz	10²⁷Hz	RHz	ronnahertz
10⁻³⁰Hz	q Hz	quectohertz	10³⁰Hz	QHz	quettahertz
Unidades prefijadas comunes están en cara audaz.

Se cree que frecuencias más altas que las que proporciona el Sistema Internacional de Unidades como prefijos ocurren naturalmente en las frecuencias de las vibraciones mecánicas cuánticas de partículas masivas, aunque estas no son directamente observables y deben inferirse a través de otros fenómenos. Por convención, normalmente no se expresan en hercios, sino en términos de energía equivalente, que es proporcional a la frecuencia por el factor de la constante de Planck.

Unicódigo

El bloque de compatibilidad CJK en Unicode contiene caracteres para unidades SI comunes para frecuencia. Estos están destinados a la compatibilidad con las codificaciones de caracteres de Asia oriental y no para su uso en documentos nuevos (que se esperaría que usen letras latinas, por ejemplo, "MHz").

U+3390 Hz SQUARE HZ
U+3391 kHz SQUARE KHZ
U+3392 MHz SQUARE MHZ
U+3393 GHz SQUARE GHZ
U+3394 THZ SQUARE THZ

Notas y referencias

^ "hertz". (1992). American Heritage Dictionary of the English Language (3a edición), Boston: Houghton Mifflin.
^ a b "SÍ Folleto: El Sistema Internacional de Unidades (SI) – 9a edición" (PDF). BIPM: 26. Retrieved 7 de agosto 2022.
^ Aunque hertz es equivalente al ciclo por segundo (cps), la SI declara explícitamente que "ciclo" y "cps" no son unidades en la SI, probablemente debido a la ambigüedad en los términos.
^ Folleto ISI: Sistema Internacional de Unidades (SI) § 2.3.1 Unidades base (PDF) (en inglés británico y francés) (9a edición). BIPM. 2019. p. 130. Retrieved 2 de febrero 2021.
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^ NIST Guide to SI Units – 9 Rules and Style Conventions for Spelling Unit Names, National Institute of Standards and Technology
^ d) El hertz se utiliza sólo para fenómenos periódicos, y el becquerel (Bq) se utiliza sólo para procesos estocásticos en actividad referida a un radionúclido." "BIPM - Tabla 3". BIPM. Retrieved 24 de octubre 2012.
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^ Las vibraciones atómicas suelen estar en orden de decenas de terahertz
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^ Asaravala, Amit (30 de marzo de 2004). "Buena Riddance, Gigahertz". Wired. Retrieved 28 de abril 2012.
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