Надо Знать

добавить знаний



Частота



План:


Введение

Иллюстрация частоты вспышек света от наименьшей (вверху) к высшей (внизу). F - частота в герцах (Гц), т.е. количество вспышек в секунду. T - период, выраженный в секундах, т.е. количество секунд на одну вспышку. T и f - взаимно обратные величины.

Частота - физическая величина, характеристика любых процессов, которые регулярно повторяются, количество событий в единицу времени.

К регулярным процессам относятся периодические, такие как колебаний или вращения, и случайные процессы, происходящие непериодически, но с определенной закономерностью. Частота - одна из основных характеристик многих процессов в природе и технике. Частота звуковой волны воспринимается человеческим ухом как тон, частота электромагнитной волны светового диапазона воспринимается человеческим глазом как цвет.


1. Частота периодических процессов

Частота является одной из основных характеристик периодических процессов. Это величина, показывающая сколько периодов процесса происходит за единицу времени. Единицей измерения частоты в Мижрародний системе (СИ) является герц - количество событий за одну секунду. Для характеристики различных процессов на практике удобно викорстовуваты также другие единицы, например, частота вращения в механических устройствах и двигателях часто сказывается в количестве оборотов за минуту.

Различают линейную частоту и циклическую частоту.

Линейная частота - это количество периодических процессов с секунду. Линейная частота основном обозначается греческой буквой ν или латинской буквой f.

\ Nu = \ frac {1} {T}

где T - период.

Циклическая или угловая частота - это количество колебаний в 2π секунд. Циклическая частота основном обозначается греческой буквой ω.

Циклическая частота используется в формулах для того, чтобы не писать множитель 2π, но числовые значения приводятся для линейной частоты. Когда говорят, что тактовая частота компьютера 1,8 ГГц, или, что человек слышит звуки частотой от 20 Гц до 20000 Гц, имеется в виду именно линейная частота ν.


2. Частота непериодических процессов

Некоторые процессы происходят случайно, но регулярно, например, дождь или падение метеоритов. Такие процессы также можно характеризовать частотой, т.е. средним числом событий в единицу времени. В теории вероятностей употребляется термин частота события, который не связан со временем, а обозначает количество определенных выбранных событий, отнесенную к общему количеству опытов.


3. Вращение. колебания, волны

Частота вращения является характеристикой равномерного вращения и определяется как количество оборотов в единицу времени. Она связана с другой характеристикой вращения угловой скоростью в том случае, когда вращение равномерное, и угловая скорость стала:

\ Nu = \ frac {\ varepsilon} {2 \ pi} ,

где \ Varepsilon - Угловая скорость. Угловая скорость равна по величине угловой частоте.

Частота колебания - число периодов колебания в единицу времени. Во многих физических системах могут осуществляться непринужденные колебания. Такие физические системы имеют набор собственных частот, с которыми происходят непроизвольные колебания. Примером такой системы является гармоничный осциллятор. Для сложных систем существуют несколько разновидностей невынужденных колебаний, которые называют нормальными модами.

Под действием периодической внешние силы, физические системы совершают вынужденные колебания с частотой внешней силы. Амплитуда таких колебаний возрастает при уменьшении разницы между частотой внешней силы и собственной частотой. Это явление называется резонансом.

Частота волны - это частота колебаний любой точки пространства при прохождении волны. Благодаря связи с соседними точками пространства при прохождении волны в каждой из точек происходят вынужденные колебания. Частота волны связана с длиной волны дисперсионным соотношением. В общем случае дисперсионное соотношение можно записать в форме:

\ Lambda = \ frac {s} {\ nu} ,

где \ Lambda - Длина волны, s - Скорость распространения волны, \ Nu - Частота. В общем случае скорость распространения волны тоже зависит от частоты, но для электромагнитной волны в вакууме она стала и равна скорости света. Скорость звука в слышимом диапазоне тоже примерно стала.


4. Характерные частоты и частотные диапазоны

Частота переменного тока в электрической сети в Украине - 50 Гц.

Частоты звуковых колебаний, которые слышит человек, лежат в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Частоты электромагнитных волн видимого света порядка 10 ^ {14} Гц.

5. Измерение

Самый простой способ измерения малых частот - подсчет числа колебаний за определенный промежуток времени. Для измерения высоких частот используют стробоскоп.

В области высокочастотных электрических колебаний частоту можно измерять благодаря резонанса.

6. Спектр частот

Лучше частота определена для Колебания. Временная зависимость других периодических, но не гармонических колебаний можно разложить в ряд Фурье, т.е. выразить через сумму гармонических колебаний. В этой сумме будет составляющая с наименьшим, основной частотой, соответствующей периода и прочие составляющие с частотами, кратными основной, обертоны. Совокупность этих частот называют частотным спектром периодического процесса.

Временная зависимость характеристик непериодических процессов можно представить в виде совокупности гармонических колебаний с помощью преобразования Фурье. В отличие от периодических процессов, частотный спектр непериодических процессов непрерывный, т.е. непериодических процесс является совокупностью бесчисленных гармонических колебаний.

В случае, когда в непрерывном спектре нельзя выделить отдельных сильных гармонических составляющих, процесс называют шумом. Тогда, когда амплитуды всех составляющих спектра примерно одинаковые, возникает белый шум.


7. Частота и преобразования сигнала

Частотный спектр сигнала изменяется при прохождении через электрический прибор, т.е. частотные характеристики выходного сигнала отличаются от частотных характеристик входного сигнала. Для таких устройств, как усилители это нежелательный эффект, поскольку он приводит к искажению исходного сигнала. Одной из характеристик усилителей, акустических колонок и других полоса пропускания - диапазон частот, в котором коэффициент усиления примерно одинаков.

Значительное количество электрических устройств сконструирована с целью изменения частотного спектра сигнала. К таким устройствам относятся, в частности модуляторы и демодуляторы. При модуляции низокочастотний сигнал накладывается на высокочастотный сигнал с определенной несущей частоте, утвороюючы сигнал со сложным частотным спектром. При демодуляции, наоборот, низькочастнотний сигнал выделяется из сложного входного сигнала.

Преобразование сигнала с изменением частот осуществляется с помощью частотных фильтров с разной амплитудно-частотной характеристикой. В зависимости от назначения фильтры делится на низкочастотные, викочастотни и полосные.


См.. также

Источники

  • Б. М. Терещук, В. Лапинский Физика. Справочник старшеклассника и абитуриента. - Торсинг, 2007.
  • Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. Том III. Волновые процессы, оптика, атомная и ядерная физика .. - Москва: Высшая школа, 1972.



Физика Это незавершенная статья физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.

Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам