頻率

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三個閃動的光圓,從最低頻率(上端)至最高頻率(下端)。

?率 (frequency)又稱 週率 ,是 物理? 上描述某具?律週期性的?象或事件,在每?位 ?? ?(?每秒)重??生的次?(週期數,?循?次?);通常以符? 表示。?率的?位采用 ???位制 ,? 赫? 德語 Hertz ,??? Hz) [註 1]

? ???某事件重??生 次,?此事件?生的?率?:

赫?

又因? 週期 定??重?事件?生的最小時間?隔,故?率也可以表示?週期( )的 倒?

赫?

?了方便起見,較長較慢的波,像海洋表面的 面波 ,通常是以 週期 (?位:秒)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(?位:秒 -1 )來描述其波動性質。

???位制 里,?率的?位??赫?是以德?物理?家 海因里希·赫? 德語 Heinrich Rudolf Hertz , 1857年2月22日-1894年1月1日)而命名 [1] 。1赫?(Hz)表示事件每一秒?生一次。

除非特??明,?率一般是指?位???週期數的 ???率 (temporal frequency),相?于?位?度?週期數的 空??率 (spatial frequency)。其他用?表示?率的?位?有:旋?机械器材領域採用的傳統衡量單位? 每分鐘轉速 (rpm)等;??上, 心率 以「次/分?」(bpm)??位 [2] ,而呼吸?率?可以「周期/分?」(cpm)??位。

測量方法 [ ?? ]

不同?率的 正弦 波,下部分比上部分?率高

數算法 [ ?? ]

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

例如,假若在15秒內發生了71次,則頻率?

赫?

?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 [3] 。不過此方法在計數次數介於零和一次之間時,計數次數會有隨機誤差,會造成計算頻率會有 的誤差,

其中

?取樣間隔
?量測到的頻率

其誤差會隨著頻率而遞減,因此信號在低頻率,而取樣到的次數又小,就會出現類似的問題。例如每秒量測一次頻率0.5Hz(?每兩秒一個週期)的信號,量到的次數會在一次和零次之間變化,需要取平均後才能得到?實的頻率。

頻閃觀測器 [ ?? ]

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?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?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?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 [4] 。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?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 [ ?? ]

頻率計數器 英? 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。?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,像轉軸的旋轉速率、機械振動、聲波,可以用 ?能器 轉換?重複性電子信號。

外差法 [ ?? ]

一?外差干涉的例子:?率分??1千赫?、1.4千赫?、1.8千赫?、2.2千赫?的?色波?生外差干涉后,?示出400赫?的拍?

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 。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?已知頻率與未知頻率的差?,稱? 拍頻 差頻 ,可以用頻率計數器測量 [5] 。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?究已經將這方法推展至紅外線和可見光頻率。

波的?率 [ ?? ]

衡量 ?音 ?磁波 (例如 无??波 或者 )、??信?或者其他波的?率?,表示每秒波形重?的?量。如果波是?音,?率衡量 音符 的特性。

?率?波?成反比例?系。?率 等于波的 速度 除以 波?

?空 中?磁波的速度是?空中的 光速 ,方程式就?成:

? ?一?介?傳入?一?介?,?率不?,而 波? 相速度 ?? [6]

若一波源和觀察者之間有相對運動時,觀察者接受到波的頻率與波源發出的頻率會不相同,此現象稱? 多普勒效? [7] ,例如當警車?近觀察者時,觀察者接收到警車的頻率會比警車發出的頻率要高。

物理光學 [ ?? ]

可見光譜只?有寬廣的 電磁波譜 的一小部分。

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?分辨的光波稱? 可見光 ,是由幾種?色(紅、橙、黃、綠、藍、?、紫)組成;其中每一種?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?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。小於紫外線波長的電磁輻射有 X射線 伽瑪射線 。大於紅外線波長的有 微波 無線電波 ,頻帶? 兆赫 千赫 ,以及頻帶? 毫赫 微赫 的自然波。頻率?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?0.0317 光年 奈米赫 波的波長大約?31.6881光年。

按照波長長短,從長波開始,電磁波可以分類? 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?星的詳細物理性質。這是 天文物理學 的必備儀器。例如,因? 超精細分裂 英語 hyperfine splitting ), ?原子 會發射波長?21.12公分的無線電波 [8]

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? 可見光 [9]

物理聲學 [ ?? ]

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?到2萬赫?(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?的振動 [10] 。聲音是被許多物種用來做? 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?聲音的機械振動,都能?穿越處於各種物態的物質。這些能?傳播聲音的物質稱? 介質 。聲音不能傳播於 ?空 [11]

信號、系統和頻域 [ ?? ]

一個 三角波 在時域(上圖)及頻域(下圖)的圖形。

周期性的信號均有其對應的頻率,而且可以透過 傅立葉級數 轉換?不同頻率 弦波 的和。而大部?信號(週期性或非週期性)可以用 傅里葉變換 轉換成在不同頻率下對應的振幅及相位,此種考慮信號或系統頻率相關部?的分析方式稱? 頻域

許多物理元件的特性會隨著輸入訊號的頻率而改變,例如電容在低頻時 阻抗 變大,高頻時阻抗變小,而電感恰好相反,高頻時阻抗變大,低頻時阻抗變小。一個 線性非時變系統 的特性也會隨頻率而變化,因此也有其頻域下的特性, 頻率響應 是輸入振幅相同,頻率不同的弦波,將各頻率輸出的振幅和相位相對頻率繪製成圖,可以顯示一個系統頻域下的特性。

有些系統的定義是以頻域?準,例如 低通濾波器 只允許低於一定頻率的訊號通過 [12]

不同國家交流電的標準頻率 [ ?? ]

?洲、非洲、澳洲、南美洲的南部、亞洲的大部分區域、 日本東部 、中國大陸及俄國,這些地區的 交流? ?率都是50 Hz(接近於 科學音調記號法 下的 音符 G1,是低三個八度的G);而北美洲、南美洲的北部、 日本西部 、朝鮮半島、菲律賓及台灣,這些地區都使用60Hz交流? [13] (大約在 音符 B♭1與B1之間)。依據在不同地區所使用的 交流? ?率,在進行錄音的同時所紀錄下來的 交流聲 英? Mains hum [14] 可以顯露出進行錄音的位置,例如在歐洲或北美洲。

其?種頻率 [ ?? ]

角頻率等於頻率乘以因子
其中, 是角位移, 是時間。
  • 對於震?和波動, 角頻率 定義? 正弦波 相位 的變率。角頻率的單位?弧度每秒。角頻率與頻率(循環次數每秒)的關係?:
  • 空間頻率 類比時間頻率,其時間軸替代?一條或多條空間軸。

?注 [ ?? ]

  1. ^ ?率以往被含糊地俗??:“週波?”或“週波”,?是因?在1960年代以前,?磁波被?播?台不精?的 ?量?位 ?作“ 週波(?) ”,??“ ”,英? cycles(Cy./Cyc.),??上是指 cycles per second(cps),每秒週期?或振?次?。而“ 週波 ”??上是指具周期性的波?,例如无??波或?磁波,其振??某点?始,完成一??程后,再回到此点,??一?週波。 例如:某无??是 500周波,就是指?率? 500Hz的?磁波,而???作 500C,?非?正?的 500cps;又如某?台的“週率”是六十千週(60kc)???法,是指低??波的?率? 60kHz。 1965年?,??无??????,??磁波的?量?位由周波改?赫,Hz ??明?的 cps,而非含糊的 cycles ,而?一改?就是?了?念赫?在?磁波方面的?明?造。

參考文獻 [ ?? ]

  1. ^ 海因里希·?道夫·赫? . 江蘇理工學院 物理實驗中心. [ 2013-11-20 ] . ( 原始?容 存?于2015-06-10).  
  2. ^ 心率?算??? . Etoolsage.com. [ 2013-11-22 ] . (原始?容 存? 于2021-05-15).  
  3. ^ Bakshi, K.A.; A.V. Bakshi, U.A. Bakshi. Electronic Measurement Systems . US: Technical Publications. 2008: 4?14. ISBN  9788184312065 .   [ 失效連結 ]
  4. ^ 看到子彈正穿過撲克牌 快速攝影術的發明 . 中華民國行政院國科會. [ 2013-11-20 ] .   [ 永久失效連結 ]
  5. ^ 光外差原理 . 中山大?物理科??工程技??院. [ 2013-11-22 ] .   [ 永久失效連結 ]
  6. ^ 高一物理 机械波 . 中基?. [ 2013-11-20 ] . ( 原始?容 存?于2015-09-23).  
  7. ^ 《科?》九年?(下). 中國: ???范大?出版社. ISBN  7-5617-3374-7 .  
  8. ^ Griffiths, David J., Hyperfine splitting in the ground state of hydrogen (PDF) , American Journal of Physics, August 1982, 50 (8): pp. 698 [ 2010-11-23 ] , ( 原始?容 (PDF) 存?于2020-05-12)  
  9. ^ 奈米〈Nanometer〉 . 國立臺灣大學科學?育發展中心. 2009-05-18 [ 2013-11-20 ] . (原始?容 存? 于2021-05-15).  
  10. ^ Strain, George, How Well Do Dogs and Other Animals Hear? , [ 18 November 2010] , (原始?容 存? 于2011-08-28)  
  11. ^ Ausbreitung von Schall , [ 2021-12-12 ] , (原始?容 存? 于2021-12-12)  
  12. ^ Mietke, Detlef, Passive RC- und RL-Tiefpasse , [ 2021-12-12 ] , (原始?容 存? 于2022-01-23)  
  13. ^ 廖勇柏; 林宗毅,丁悌芬,李怡瑩,黃瓊瑤. 台灣地區行?中火車車上電力頻磁場?度初探:以一個火車乘客?例. 勞工安全衛生?究季刊. 2006-06, 14 (2): 140?145.  
  14. ^ 音響技術 (53). 1980.  

外部?接 [ ?? ]

參照 [ ?? ]