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File:FrequencyAnimation.gif

频率是单位时间内某事件重复发生的次数,在物理学中通常以符号 $ f $$ \nu $ 表示。采用国际单位制,其单位为赫兹英語Hertz,简写为 Hz )。设 $ \tau $ 时间内某事件重复发生 $ n $ 次,则此事件发生的频率为 $ f =n/\tau $ 赫兹。又因为週期定义为重复事件发生的最小時間间隔,故频率也可以表示为週期的倒数

$ f = \frac{1}{T} $

其中,$ T $ 表示週期。

為了方便起見,較長較慢的波,像海洋表面的面波,通常是以周期來描述其波動性質。較短較快的波,像聲波和無線電波,通常是以頻率來描述其波動性質。

国际单位制里,频率的单位——赫茲 (英語Hertz,简写为 Hz ),是以德国物理学家海因里希·赫兹(英语 Heinrich Rudolf Hertz , 1857年2月22日-1894年1月1日) 而命名。1赫茲(Hz)表示事件每一秒发生一次。

其他用来表示频率的单位还有:旋转机械器材領域採用的傳統衡量單位為每分钟转数(rpm)等。在醫學裏,心率以「次/分钟」为单位。

測量方法编辑

File:Sine waves different frequencies.svg

數算法编辑

通過數算在某時間間隔 $ \tau $ 內重複事件發生的次數 $ n $ ,就可以獲得這重複事件發生的頻率:

$ f =n/\tau $

例如,假若在15秒內發生了71次,則頻率為

$ f = \frac {71}{15} = 4.7 \,[\mbox{hertz}] $

另一種方法是測量這重複事件發生設定次數所需要的時間間隔[1]

頻閃觀測器编辑

頻閃觀測器可以用來測量旋轉物體或振動物體的頻率。頻閃觀測器會發射出重複地強烈閃光(頻閃光),其頻率可以用校準計時電路來調整。將頻閃光對準於旋轉物體或振動物體,然後調整閃爍頻率。當頻閃光的頻率等於旋轉頻率或振動頻率時,這物體會在每次頻閃光閃爍的時候,正好完成一個循環,回到同樣位置。所以,這物體看起來好像固定不動。這物體的運動頻率可以從頻閃觀測器的讀出裝置獲得。請注意,假若這物體的運動頻率是閃爍頻率的整數倍數,則這物體也會看起來好像固定不動。

頻率計數器编辑

頻率計數器英語frequency counter)是一種電子儀器,可以用來測量較高頻率。頻率計數器專門測量重複性電子信號。它使用數位邏輯和準確石英計時器來數算在某時間間隔內的信號重複次數。不具有電子屬性的循環過程,像轉軸的旋轉率、機械振動、聲波,可以用轉換器英語transducer)改為重複性電子信號。

外差法编辑

File:Beat frequency (1000, 1400, 1800, 2200) zh.svg

假若電磁信號的頻率超過頻率計數器的適用域,則可以使用外差法英語heterodyne)。首先,在未知頻率的附近,選擇一個已知頻率的參考信號,然後,使用二極體將兩個信號混雜在一起,這會造成一個混雜拍信號,其頻率為已知頻率與未知頻率的差值,稱為拍頻差頻,可以用頻率計數器測量。當然這方法只能測量兩個信號的頻率的頻差,要獲得未知頻率,必須使用其他方法先知道參考信號的頻率。欲想測量更高頻率,必須經過幾個階段的外差法。最新研究已經將這方法推展至紅外線和可見光頻率。

波的频率 编辑

衡量声音电磁波(例如无线电波或者)、电讯信号或者其他波的频率时,表示每秒波形重复的数量。如果波是声音,频率衡量音符的特性。

频率与波长成反比例关系。 频率 $ f $ 等于波的速度 $ v $ 除以波长 $ \lambda $

$ f = \frac{v}{\lambda} $

真空中电磁波的速度是真空中的光速 $ c $ ,方程式就变成:

$ f = \frac{c}{\lambda} $

从一种介质傳入另一种介质,频率不变,而波长相速度会变。

物理光學 编辑

File:EM spectrum.svg

輻射能英語radiant energy)是電磁波傳播的能源。太陽或電光源都是輻射能的源頭。人類的光學感測器(眼睛)能夠分辨的光波稱為可見光,是由幾種顏色(紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫)組成;其中每一種顏色都有特定的頻帶英語frequency band)。可見光在整個電磁輻射頻譜中只佔有一小部分。紫外線(UV)的波長小於可見光,無法以肉眼看到;又紅外線(IR)的波長大於可見光,也必須利用夜視鏡和其他熱感測設備才能觀測得到。大於紫外線波長的電磁輻射有X射線伽瑪射線。小於紅外線頻率波長的有微波無線電波,頻帶為兆赫千赫,以及頻帶為毫赫微赫的自然波。頻率為2毫赫的波,其波長大約等於從地球到太陽的距離。微赫波的波長大約為0.0317 光年奈米赫波的波長大約為31.6881 光年。

按照波長長短,從長波開始,電磁波可以分類為電能無線電波微波紅外線可見光紫外線X-射線伽馬射線等等。普通實驗使用的光譜儀就足以分析從 2  奈米到 2500  奈米波長的電磁波。使用這種儀器,可以得知物體、氣體或甚至恆星的詳細物理性質。這是天文物理學的必備儀器。例如,因為超精細分裂英語hyperfine splitting),氫原子會發射波長為 21.12 公分的無線電波[2]

人類眼睛可以觀測到波長大約在 400 奈米和 700  奈米之間的電磁輻射,稱為可見光

物理聲學 编辑

聲音是傳播於固體液體氣體等離子體振動,尤其是指那些人耳能感受到的頻率的振動。對於人類,聽覺頻率範圍限制在大約20赫茲到 2萬赫茲(20千赫)之間,上限通常會隨著年齡而減低。其他物種有不同的聽覺頻率範圍。例如,有些犬種能感覺到高至45,000赫茲的振動[3] 。聲音是被許多物種用來做為感覺危險英語detect danger)、導航掠食通訊的主要感官之一。

凡是被詮釋為聲音的機械振動,都能夠穿越處於各種物態的物質。這些能夠傳播聲音的物質稱為介質。聲音不能傳播於真空

趣味知識编辑

欧洲、非洲、澳洲、南美洲的南部、亞洲的大部分區域、俄國,這些地區的交流电频率都是 50 Hz(接近於音符G);而北美洲、南美洲的北部、台灣,這些地區都使用 60Hz 交流电[4] (大約在音符B♭ 與B之間)。依據在不同地區所使用的交流电频率,在進行錄音的同時所紀錄下來的哼聲交流聲)(英語electric hum[5] 可以顯露出進行錄音的位置,例如在歐洲或北美洲。

其它種頻率编辑

File:AngularFrequency.gif
$ \omega\ \stackrel{def}{=}\ \frac{d \theta}{dt} $
其中,$ \theta $ 是角位移,$ t $ 是時間。
  • 對於震盪和波動,角頻率 $ \omega $ 定義為正弦波相位的變率。角頻率的單位為弧度每秒。角頻率與頻率(循環次數每秒)的關係為
$ \omega=2\pi f $
  • 空間頻率類比時間頻率,其時間軸替代為一條或多條空間軸。

参看 编辑

參考文獻编辑

  1. 脚本错误
  2. Griffiths, David J., Hyperfine splitting in the ground state of hydrogen, American Journal of Physics. August 1982, 50 (8): pp. 698 
  3. Strain, George, How Well Do Dogs and Other Animals Hear? [18 November 2010] 
  4. 脚本错误
  5. 脚本错误
  • 脚本错误

外部链接 编辑

维基词典上的词义解释:
  • 英國Salford大學針對14至16歲學生設計的 聲學教材
  • 怎樣製成一個頻率計量器的 網頁