Freqüència
De Viquipèdia
La freqüència es la mesura del nombre de vegades que ocorre un esdeveniment per unitat de temps. Per calcular la freqüència, es fixa un interval de temps, es compta el nombre de vegades que ocorre l'esdeveniment en eixe interval i aleshores es divideix aquesta quantitat per la llargària de l'interval de temps.
Taula de continguts |
[edita] Definició
Per als processos cíclics com són la rotació, l'oscil·lació o les ones la freqüència es defineix com el nombre de cicles o períodes per unitat de temps. A les disciplines de la física i l'enginyeria com l'òptica, l'acústica i la ràdio la freqüència es representa habitualment amb la lletra f o amb la lletra grega ν (ni).
En unitats del SI, el resultat es mesura en hertz, anomenat així en honor del físic alemany Heinrich Rudolf Hertz. 1 Hz vol dir que un esdeveniment es repeteix una vegada cada segon, la unitat va ser coneguda originàriament com a cps o cicle per segon. Altres unitats que s'han usat per mesurar la freqüència són els cops per minut o batecs per minut (bpm) que s'utilitza per mesurar el tempo de la música (i el ritme del cor) o les revolucions per minut (rpm) en el cas de la freqüència de rotació. Tant els valors en bpm com en rpm poden ser convertits en hertz dividint per 60, 1 Hz equival a 60 rpm.
Un altre mètode alternatiu per calcular la freqüència es mesurar el temps entre dos esdeveniments consecutius (el període) i llavors calcular la freqüència com la inversa d'aquest temps:
on T es el període.
Al SI la unitat pel període és el segon.
[edita] La freqüència a les ones
La freqüència està relacionada amb la longitud d'ona, la freqüència és inversament proporcional a la longitud d'ona λ (lambda). Dit d'una altra manera, la freqüència f és igual a la velocitat de fase v de l'ona dividida per la longitud d'ona λ.
En el cas especial de les ones electromagnètiques que viatgen al buit, v = c, on c és la velocitat de la llum al buit, i l'expressió anterior esdevindrà:
Quan les ones d'una font de llum monocroma travessen d'un medi òptic vers un altre, la seva freqüència continua essent la mateixa, l'únic que canvia és la seva longitud d'ona i la seva velocitat de fase. Apart de que pot variar per l'efecte doppler, la freqüència és una magnitud invariable a tot l'univers.És a dir, no es pot modificar per cap procés físic excepte per la seva velocitat de propagació o longitud d'ona...
[edita] El període i la freqüència
Per una qüestió de conveniència, les ones més llargues i lentes, com les onades del mar, tendeixen a ser descrites a partir del període en comptes de la freqüència. Per contra, les ones més curtes, com les sonores o les de ràdio (l'espectre radioelèctric), acostumen a ser descrites en base a la seva freqüència. Aquestes convencions es mostren a la següent taula:
| Freqüència (hertz) | 1 mHz (10-3) | 1 Hz (100) | 1 kHz (103) | 1 MHz (106) | 1 GHz (109) | 1 THz (1012) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Període (segons) | 1 ks (103) | 1 s (100) | 1 ms (10-3) | 1 µs (10-6) | 1 ns (10-9) | 1 ps (10-12) |
[edita] Altres tipus de freqüència
- Freqüència angular (simbolitzada com ω), es defineix com la variació de l'angle o la posició angular al llarg del temps en els moviments de rotació o en la fase de les ones de forma sinusoïdal. La freqüència angular es mesura en radiants per segon (rad/s) i es defineix com:
- Freqüència espacial és el nombre de cicles per unitat de longitud donada una direcció. Al Sistema Internacional es mesura en cicles per metre.
- Nombre d'ona és una magnitud proporcional al nombre d'oscil·lacions per unitat de longitud, el nombre de longituds d'ona que hauria en una distància de 2π unitats de longitud. Al SI es mesura en radians/metre (rad/m), i s'obté de la relació:
[edita] Exemples
| Banda espectral | Freqüència (Hz) |
|---|---|
| raigs gamma | > 30,0 EHz |
| raigs X | > 30,0 PHz |
| ultraviolat llunyà | > 1,5 PHz |
| ultraviolat proper | > 789 THz |
| llum visible | > 384 THz |
| infraroig proper (NIR) | > 120 THz |
| infraroig mitjà (MIR) | > 6,00 THz |
| infraroig llunyà o submil·limètric (FIR) | > 300 GHz |
| microones | > 1,0 GHz |
| ràdio de freqüència ultraalta (UHF) | > 300 MHz |
| ràdio de freqüència molt alta (VHF) | > 30 MHz |
| ràdio d'ona curta | > 1,7 MHz |
| ràdio d'ona mitjana | > 650 kHz |
| ràdio d'ona llarga | > 30 kHz |
| ràdio de freqüència molt baixa (VLF) | < 30 kHz |
[edita] Radiació electromagnètica
La radiació electromagnètica es propaga en forma d'ones transportant energia. Aquest tipus de radiació inclou des de la llum visible a les ones de ràdio, passant per les microones. La llum visible que percebem amb els nostres ulls és només una petita fracció de l'espectre electromagnètic i és composada per un cert nombre de colors ( violat, blau, cian, verd, groc, taronja, vermell) que corresponen a certs intervals de freqüències. A la taula de la dreta es mostren algunes freqüències de l'espectre electromagnètic, i a la de sota les freqüències dels diferents colors de la llum visible.
| Color | Interval de freqüència |
|---|---|
| violat | ~ 790 a 700 THz |
| blau | ~ 700 a 600 THz |
| cian | ~ 600 a 580 THz |
| verd | ~ 580 a 530 THz |
| groc | ~ 530 a 510 THz |
| taronja | ~ 510 a 480 THz |
| vermell | ~ 480 a 405 THz |
La radiació ultraviolada (habitualment simbolitzada com a UV) que ens arriba del Sol és un exemple comú de radiació que no és visible als nostres ulls. Tot i no ser visible , ens afecta i per això utilitzem filtres especials a les nostres ulleres de sol i cremes per protegir-nos dels seus efectes.
[edita] So
El so és una successió de canvis de pressió en un medi (sòlid, líquid o gas), provocats per una vibració que s'hi transmet en forma d'ones sonores, que són ones mecàniques. Aquestes ones es caracteritzen també per unes freqüències que són captades per l'oïda. En el cas dels humans les freqüències audibles es troben entre els 20 i els 20.000 hertz (20 kHz), tot i que aquests límits varien de manera decreixent en augmentar l'edat, especialment per a les freqüències altes. Altres espècies animals tenen altres intervals de freqüències audibles, els sos, per exemple, poden percebre sons a freqüències superiors als 20 kHz.
[edita] Electricitat
Una de les característiques que defineixen el corrent altern és la seva freqüència, a Europa, Àfrica, Austràlia, la major part d'Àsia i la part sud de Amèrica del Sud s'utilitzen alternadors que produeixen electricitat de 50 Hz. Mentre que a Amèrica del Nord i la part nod d'Amèrica del Sud utilitzen una freqüència de 60 Hz. La freqüència que genera l'alternador depèn del nombre de pols i del nombre de voltes per minut.
[edita] Freqüències especials
Hi ha alguns intervals de freqüències que a causa de la seva utilització o característiques reben un nom especial:
- Audiofreqüència: Es refereix al rang de freqüències de les ones sonores, de tipus mecànic, que són audibles pels humans, aquest interval va dels 20 Hz als 20.000 Hz.
- Alta freqüència: El terme és àmpliament utilitzat en el camp de les telecomunicacions i es refereix a freqüències entre els 3 i els 30 MHz. En altres camps les freqüències poden diferir.
- Freqüències preferents: Són un conjunt d'intervals de freqüències normalitzades definides a la norma EN ISO 266 que s'utilitzen per a mesuraments acústics i als les disposicions legals.
[edita] Referències
- Giancoli, D.C.: Physics for Scientists and Engineers 2a ed., Prentice Hall, 1988, ISBN 013669201X
- Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4a ed., Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main, 2000, ISBN 3-8171-1628-4
- Michael Dickreiter: Handbuch der Tonstudiotechnik. 6a ed., K.G. Saur Verlag KG, Múnic, 1997, ISBN 3-598-11320-x
[edita] Vegeu també
- Audiofreqüència
- Radiació electromagnètica
- Amplitud d'ona
- Longitud d'ona
- Ona
- Període
- Freqüència de rellotge
