Hertz

Este artigo é sobre a unidade de medida. Para a locadora de veículos, veja The Hertz Corporation. Para outros usos, veja Hertz (desambiguação).

hertz
De cima para baixo, luzes piscando nas frequências f = 0,5 Hz, 1,0 Hz e 2,0 Hz, ou seja, 0,5, 1,0 e 2,0 vezes por segundo, respectivamente. O intervalo entre dois lampejos, o período T, é dado por 1/f, o inverso de f. Os períodos são, respectivamente, 2, 1 e 0,5 segundos.
Informações gerais
Sistema de unidade	SI
Unidade de	Frequência
Símbolo	Hz
Nomeado após	Heinrich Hertz
Dimensão	T−1
Em unidades básicas do SI	s−1

O hertz, de símbolo Hz, é a unidade de frequência do Sistema Internacional de Unidades, o SI. Equivale a um evento ou ciclo por segundo. É uma unidade derivada do SI, expressa formalmente em unidades básicas como 1/s ou s⁻¹. Um hertz equivale, assim, a um por segundo, ou ao inverso de um segundo. Seu uso se restringe a eventos periódicos. O nome homenageia Heinrich Rudolf Hertz, que viveu de 1857 a 1894 e foi o primeiro a comprovar de forma conclusiva a existência de ondas eletromagnéticas. Para frequências altas, são comuns os múltiplos quilohertz, de símbolo kHz, megahertz, de símbolo MHz, gigahertz, de símbolo GHz, e terahertz, de símbolo THz.

É comum expressar em hertz a frequência de formas de onda periódicas e de tons musicais, sobretudo em aplicações de rádio e áudio. Também é usada para indicar a frequência de clock de computadores e outros aparelhos eletrônicos. Às vezes, a energia de um fóton é expressa em unidades de frequência por meio da relação de Planck-Einstein, E = hν, em que E é a energia do fóton, ν é sua frequência e h é a constante de Planck.

Definição

O hertz é definido como um por segundo para eventos periódicos. O segundo é definido fixando-se em 9.192.631.770 Hz o valor da frequência da transição hiperfina do estado fundamental não perturbado do átomo de césio-133, Δν_Cs. Isso equivale à duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição. A relação Δν_Cs = 9.192.631.770 Hz é exata. A dimensão do hertz é o inverso do tempo, T⁻¹. Em unidades básicas do SI, é expresso como o inverso do segundo, 1/s.

Em inglês, "hertz" também é a forma plural. Como unidade do SI, o hertz admite prefixos. Os múltiplos mais usados são o quilohertz, kHz, equivalente a 10³ Hz, o megahertz, MHz, equivalente a 10⁶ Hz, o gigahertz, GHz, equivalente a 10⁹ Hz, e o terahertz, THz, equivalente a 10¹² Hz. Um hertz significa que um evento periódico ocorre a cada segundo. Esse evento pode ser um ciclo completo. Uma frequência de 100 Hz significa que cem eventos periódicos ocorrem por segundo, e assim por diante. A unidade pode ser aplicada a qualquer evento periódico. Um relógio, por exemplo, pode dar um tique por segundo, a 1 Hz, e um coração humano pode bater a 1,2 Hz.

A taxa de ocorrência de eventos aperiódicos ou estocásticos é expressa, em geral, em segundo inverso, 1/s ou s⁻¹. No caso específico da radioatividade, usa-se o becquerel. Um hertz, ou um por segundo, corresponde especificamente a um ciclo ou evento periódico por segundo. Um becquerel, que também equivale a um por segundo, corresponde à média de um evento de decaimento de um radionuclídeo por segundo.

A frequência, a velocidade angular, a frequência angular e a radioatividade têm a mesma dimensão, T⁻¹, mas apenas a frequência é expressa em hertz. Um disco que gira a 60 rotações por minuto, abreviadas como rpm, tem velocidade angular de 2π rad/s e frequência de rotação de 1 Hz. A relação entre uma frequência f, em hertz, e uma velocidade angular ω, em radianos por segundo, é

$\omega =2\pi f$ e $f={\frac {\omega }{2\pi }}.$

Como ocorre com as unidades do SI cujo nome homenageia uma pessoa, o símbolo Hz começa com letra maiúscula. O nome por extenso, hertz, segue as regras de uso de maiúsculas dos substantivos comuns. É escrito com inicial minúscula, exceto no início de uma frase ou quando as convenções de um título exigem maiúsculas.

Em português, "hertz" também permanece inalterado no plural. Na nomenclatura metrológica adotada no Brasil, o prefixo é unido ao nome da unidade sem espaço nem hífen, como em "quilohertz". Essa regra difere da regra geral do Acordo Ortográfico para palavras formadas por prefixação cujo segundo elemento começa com h.

História

Mais informações: Ciclo por segundo

O nome da unidade homenageia o físico alemão Heinrich Hertz, que viveu de 1857 a 1894 e realizou trabalhos científicos sobre eletromagnetismo. A Comissão Eletrotécnica Internacional, IEC, estabeleceu o nome em 1935. Em 1948, o hertz e seu símbolo Hz já constavam da resolução sobre a escrita de unidades da 9.ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, CGPM, do francês Conférence générale des poids et mesures. Em 1960, a 11.ª CGPM adotou o hertz como unidade de frequência do recém-criado SI. Ele substituiu a denominação "ciclos por segundo", cps, e seus múltiplos, sobretudo "quilociclos por segundo", kc/s, e "megaciclos por segundo", Mc/s. Em algumas ocasiões, também se usava "quilomegaciclos por segundo", kMc/s. A forma "megaciclos" às vezes era uma contração de "megaciclos por segundo".

Na década de 1960, a substituição de "ciclos por segundo" por "hertz" ainda era discutida em revistas de eletrônica.

Aplicações

Uma senoide cuja frequência varia.

O batimento cardíaco é um exemplo de fenômeno periódico não senoidal que pode ser analisado pela frequência. A figura mostra dois ciclos.

Som e vibração

No ar, o som se propaga como uma onda longitudinal, por meio de oscilações de pressão. O ouvido humano percebe a frequência de um som como sua altura. Em um sistema de afinação, cada nota musical tem uma frequência de referência. A norma ISO 16:1975 fixa em 440 Hz a frequência do lá de referência usado na afinação de instrumentos musicais. A faixa de audição humana é de aproximadamente 20 Hz a 20.000 Hz. A sensibilidade às frequências mais altas tende a diminuir com a idade. As frequências do ultrassom, do infrassom e de outras vibrações físicas, como as moleculares e atômicas, vão de poucos femtohertz à faixa dos terahertz e além dela.

Radiação eletromagnética

A radiação eletromagnética pode ser caracterizada por sua frequência em hertz, ou seja, pelo número de oscilações por segundo dos campos elétrico e magnético, perpendiculares entre si.

As frequências da radiação de rádio são geralmente medidas em quilohertz, kHz, megahertz, MHz, ou gigahertz, GHz. Nesta última faixa estão as micro-ondas. A luz é uma radiação eletromagnética de frequência ainda mais alta, com frequências da ordem dos terahertz, THz, no infravermelho, e dos petahertz, PHz, no ultravioleta. O espectro visível fica aproximadamente entre 400 e 790 THz. A radiação eletromagnética na parte inferior da faixa dos terahertz, entre as frequências de rádio mais altas normalmente utilizáveis e o infravermelho de ondas longas, costuma receber o nome de radiação terahertz. Frequências mais altas, como as dos raios X e dos raios gama, podem ser expressas em exahertz, EHz.

Por razões históricas e práticas, a radiação infravermelha costuma ser especificada por seu comprimento de onda, em micrômetros, μm. Para a luz visível e a radiação ultravioleta, são comuns os nanômetros, nm. Para os raios X e frequências superiores, costuma-se usar a energia dos fótons em elétron-volts, eV, com valores de keV a GeV e acima. O artigo sobre o espectro eletromagnético apresenta essas faixas de frequência em mais detalhe.

Ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais são observadas por interferômetros a laser, como o LIGO, sensível a frequências de aproximadamente 10 a 5.000 Hz, e por redes de temporização de pulsares, que investigam frequências da ordem dos nanohertz. Detectores espaciais estão sendo desenvolvidos para observar outras faixas. O LISA foi projetado para operar de 0,1 mHz a 0,1 Hz, e o projeto DECIGO prevê a faixa de 0,1 a 10 Hz.

Computadores

Mais informações: Mito do megahertz

Nos computadores, a maioria das unidades centrais de processamento, ou CPUs, tem sua frequência de clock indicada em megahertz, MHz, ou gigahertz, GHz. Esse valor corresponde à frequência do sinal de clock principal da CPU. Em princípio, esse sinal é uma onda quadrada, uma tensão elétrica que alterna entre níveis lógicos baixo e alto em intervalos regulares. O uso da frequência em hertz como principal medida do desempenho de uma CPU entre o público em geral recebeu críticas de especialistas, por permitir comparações facilmente manipuláveis. Há processadores que usam mais de um ciclo de clock para executar uma única operação e outros que executam mais de uma operação em um só ciclo. No fim da década de 1970, computadores pessoais da Apple e da Commodore, como o Apple II e o PET, operavam a cerca de 1 MHz. Os modelos 400 e 800 da Atari usavam 1,79 MHz no sistema NTSC. Na faixa dos gigahertz, o projeto do POWER6, da família de microprocessadores IBM POWER, foi apresentado em 2007 com frequências superiores a 5 GHz para aplicações de alto desempenho.

Os barramentos de computadores, como o barramento frontal, que une a CPU ao northbridge, também operam em frequências na faixa dos megahertz.

A taxa de atualização dos monitores também é expressa em hertz. Uma tela de 60 Hz atualiza a imagem 60 vezes por segundo.

Múltiplos do SI

Mais informações: Ordens de magnitude (frequência)

Múltiplos e submúltiplos do hertz no SI

Submúltiplos			Múltiplos
Valor	Símbolo SI	Nome	Valor	Símbolo SI	Nome
10−1 Hz	dHz	decihertz	101 Hz	daHz	decahertz
10−2 Hz	cHz	centihertz	102 Hz	hHz	hectohertz
10−3 Hz	mHz	milihertz	103 Hz	kHz	quilohertz
10−6 Hz	μHz	microhertz	106 Hz	MHz	megahertz
10−9 Hz	nHz	nanohertz	109 Hz	GHz	gigahertz
10−12 Hz	pHz	picohertz	1012 Hz	THz	terahertz
10−15 Hz	fHz	femtohertz	1015 Hz	PHz	petahertz
10−18 Hz	aHz	attohertz	1018 Hz	EHz	exahertz
10−21 Hz	zHz	zeptohertz	1021 Hz	ZHz	zettahertz
10−24 Hz	yHz	yoctohertz	1024 Hz	YHz	yottahertz
10−27 Hz	rHz	rontohertz	1027 Hz	RHz	ronnahertz
10−30 Hz	qHz	quectohertz	1030 Hz	QHz	quettahertz
As unidades com prefixos de uso mais comum estão em negrito.

Unicode

O bloco CJK Compatibility do Unicode contém caracteres para unidades de frequência de uso comum no SI. Esses caracteres permitem a compatibilidade com codificações do leste asiático. Em documentos novos, usam-se letras latinas, como "MHz".

• U+3339 ㌹, hertz em japonês, ヘルツ, transliterado como herutsu.
• U+3390 ㎐, Hz.
• U+3391 ㎑, kHz.
• U+3392 ㎒, MHz.
• U+3393 ㎓, GHz.
• U+3394 ㎔, THz.

Ver também

• Corrente alternada, corrente elétrica cuja frequência pode ser expressa em hertz.
• Largura de banda, intervalo de frequências ocupado por um sinal.
• Função periódica, função que se repete a intervalos regulares.
• Taxa de amostragem, frequência com que um sinal é amostrado.

Ligações externas

• Brochura do SI: unidade de tempo, o segundo
• Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá: relógio de fonte de césio
• Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá: padrão de frequência óptica baseado em um único íon aprisionado. Arquivado em 23 de dezembro de 2013.
• Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá: pente de frequências ópticas. Arquivado em 27 de junho de 2013.
• Laboratório Nacional de Física: tempo e frequência, relógios atômicos ópticos