Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Ноября 2013 в 23:33, реферат
Частота и время неразрывно связаны между собой, поэтому измерение той или другой величины диктуется удобством эксперимента и требуемой погрешностью измерения. В Международной системе единиц СИ время является одной из семи основных физических величин. Частота электромагнитных колебаний связана с периодом колебания Т и длиной однородной плоской волны в свободном пространстве l следующими соотношениями: fT = 1 и fl = с, где с—скорость света, равная 299 792,5 ± 0,3 км/с.
Введение 3
Общие сведения 4
История появления физической единицы «Герц» 5
Развитие измерения частоты 7
Список использованной литературы 10
Содержание
Частота и время неразрывно связаны между собой, поэтому измерение той или другой величины диктуется удобством эксперимента и требуемой погрешностью измерения. В Международной системе единиц СИ время является одной из семи основных физических величин. Частота электромагнитных колебаний связана с периодом колебания Т и длиной однородной плоской волны в свободном пространстве l следующими соотношениями: fT = 1 и fl = с, где с—скорость света, равная 299 792,5 ± 0,3 км/с.
Частота — физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов процесса, совершённых за единицу времени. Стандартные обозначения в формулах — ν, ω, f или F. Единицей частоты в Международной системе единиц (СИ) в общем случае является герц (Гц, Hz). Величина, обратная частоте, называется периодом. Частота, как и время, является одной из наиболее точно измеряемых физических величин: до относительной точности 10−17. Измеряется частота прибором, называемым частотомером.
Спектр частот электромагнитных колебаний, используемых в радиотехнике, простирается от долей герца до тысяч гигагерц. Этот спектр вначале разделяют на два диапазона — низких и высоких частот. К низким частотам относят инфразвуковые (ниже 20 Гц), звуковые (20— 20 000 Гц) и ультразвуковые (20—200 кГц). Высокочастотный диапазон, в свою очередь, разделяют на высокие частоты (20 кГц — 30 МГц), ультравысокие (30 — 300 МГц) и сверхвысокие (выше 300 МГц). Верхняя граница сверхвысоких частот непрерывно повышается и в настоящее время достигла 80 ГГц (без учета оптического диапазона). Такое разделение объясняется разными способами получения электрических колебаний и различием их физических свойств, а также особенностями распространения на расстояние. Однако четкой границы между отдельными участками спектра провести невозможно, поэтому такое деление в большой степени условно.
В природе известны периодические процессы с частотами от ~10−16 Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики) до ~1035 Гц (частота колебаний поля, характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей).
В квантовой механике
частота колебаний волновой функции
квантовомеханического
Глаз человека чувствителен к электромагнитным волнам с частотами от 4·1014 до 8·1014 Гц (видимый свет); частота колебаний определяет цвет наблюдаемого света. Слуховой анализатор человека воспринимает акустические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. У различных животных частотные диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям различны.
Отношения частот звуковых колебаний выражаются с помощью музыкальных интервалов, таких как октава, терция, квинта и т. п.. Интервал в одну октаву между частотами звуков означает, что эти частоты отличаются в 2 раза. Кроме того, для описания частотных интервалов используется декада — интервал между частотами, отличающимися в 10 раз. Так, диапазон звуковой чувствительности человека составляет 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц).
Важность единицы частоты в том, что при всей важности измерений времени с образовательной и методологической точки зрения, основной практической единицей является именно единица частоты и основной эталон - эталоном частоты. Часто эталоны частоты называют часами. Это не правильно. При измерении времени есть два характерных вида измерений - относительное измерение (измерение интервала времени) и абсолютное измерение (измерение времени и даты события). Стандарты частоты, сами по себе, позволяют измерять только интервалы времени, т.е. разность времен двух событий. Для этого они не должны работать постоянно, и даже не должны постоянно существовать. Часы, фиксирующие время и дату, должны работать постоянно, поскольку отсчитывают время от некоторой единой воображаемой точки (конечно, отдельные часы не работают постоянно, однако, при включении их сравнивают с работающими часами). Другое отличие - более тонкое и связано с теорией относительности. Эталон частоты используется для измерения частоты другого источника и поэтому для их измерения два источника частоты (эталонный и измеряемый) обычно помечают в одну точку. Результат измерения не зависит от того, в какой точке измерение проведено. Когда говорят о шкале времени, то понимается, что речь идет о событиях на всей Земле (и за ее пределами). Т.е. эталон и измеряемый объект находятся в разных точках и, возможно, движутся друг относительно друга. Из-за эффектов специальной и общей теории относительности, многие из которых ничтожно малы и совсем не видимы в обычной жизни, измерение с разделенными объектами требует поправок. Шкала времени предполагает возможность измерять время в любой точке пространства, поэтому кроме эталона частоты требует дополнительных возможностей для синхронизации разных часов и введение соответствующих поправок. Таким образом, часы - это эталон частоты плюс что-то еще.
Единицей измерения частоты в международной метрической системе единиц Си с 1933 года является герц. Назван в честь немецкого учёного-физика XIX века Генриха Герца, который внёс важный вклад в развитие электродинамики. Его вклад в науку оценили многие ученые мира.
Учитель Германа Гельмгольца назвал Герца самым талантливым из своих учеников и предсказал, что его открытия будут определять развитие науки на многие десятилетия вперед.
Слова Гельмгольца оказались пророческими и начали сбываться уже через несколько лет после смерти ученого. А в XX веке из работ Герца возникли практически все направления современной физики.
Мы помним Г. Герца, когда слушаем радио, смотрим телевизор. И не случайно первыми словами, переданными русским физиком А. С. Поповым по первой беспроволочной связи были: " Генрих Герц” .
Томас Арчиболд (Канада) и Джеф 3. Бакуолд (США) в очерке о Генрихе Герце пишут: "Вклад Герца в науку – это нечто большее, чем экспериментальное доказательство того, что электрическая энергия распространяется в виде волн с конечной скоростью.... Герц продемонстрировал физику нового рода, в которой теоретическая работа высочайшего уровня сопровождается абсолютно понятными, наглядными опытами".
В 1888-1891 гг. он был награжден рядом премий и медалей академий и научных обществ Англии, Италии, Австрии, Франции. Семь европейских академий избрали его членом-корреспондентом. Прусское правительство наградило орденом Короны.
Мировая слава повлияла на название, которое было учреждено Международной электротехнической комиссией в 1930 году.
Международная электротехническая комиссия (МЭК; англ. International Electrotechnical Commission, IEC; фр. Commission électrotechnique internationale, CEI) — международная некоммерческая организация по стандартизации в области электрических, электронных и смежных технологий. МЭК способствовала развитию и распространению стандартов для единиц измерения, помимо герц также для гаусса и вебера.
В 1960 году на генеральной конференции по мерам и весам это название было принято взамен ранее существовавшего термина (число циклов в секунду).
Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10-10 до ± 1,5×10-15, то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Но исследования в области измерения частоты продолжаются. Национальные метрологические институты США, Германии, Франции, имеющие в настоящее время эталоны на основе цезиевых фонтанов, ведут работы над оптическими эталонами частоты и эталонами частоты на основе “задержанных” ионов. Проведенные исследования и сличения уже показывают возможность достижения погрешностей ± 1×10-17… ± 1×10-19, что не исключает введения нового определения секунды взамен действующего с 1968 г. решения Международного Бюро Мер и Весов. Более того, ресурс передачи сигналов эталонных частот становится общедоступным. Например, с помощью системы GPS / ГЛОНАСС можно осуществлять прослеживаемость к государственным эталонам частоты с погрешностью ± 1×10-11…± 1×10-13 (без учета поправок) для широкого круга пользователей. Соответственно, повышаются точности вторичных эталонов и рабочих средств измерений частоты.
В настоящее время иерархическую систему передачи размера единицы частоты по значениям погрешности в соответствии с ГОСТ 8.129-99 “ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты” можно разделить на 3 сегмента:
Заключение
Включая телевизор или
радио, заходя в Интернет или набирая
номер на мобильном телефоне, мы не задумываемся, кому мы
обязаны всеми этими средствами удаленного
общения, которые за прошедший век изменили
человечество сильнее, чем несколько предшествующих
тысячелетий. Хотя фамилию этого человека
большинство людей знают прекрасно. Потому,
что нам же важно знать, какова тактовая
частота процессора у покупаемого компьютера,
какой частотный диапазон у сотового телефона
и на какой частоте работает любимая радиостанция.
И все эти частоты указываются в Герцах.