خط مهندسی
مجله ی آنلاین مهندسی

فرکانس یا بسامد به زبان ساده

0 9,403

آیا تا به حال به معنی فرکانس فکر کرده‌اید؟ یا اینکه با چه نمادهایی نشان داده می‌شود؟ اصلا فرکانس چطور اندازه‌گیری می‌شود؟ و اینکه چه کاربردهایی دارد؟ این‌ها سوالاتی هستند که در این مقاله قصد داریم به آنها جواب دهیم، به طوری که به راحتی قابل درک باشد.

فرکانس در فیزیک، تعداد امواجی هستند که در یک واحد زمانی از یک نقطه عبور می‌کنند. همچنین به تعداد چرخه‌ها یا ارتعاشاتی که در یک واحد زمان توسط یک بدنه در حرکات دوره‌ای انجام می‌شود فرکانس می‌گویند.

گفته می‌شود بدنه‌ای که در حال حرکت تناوبی است پس از گذشتن از یک سری حوادث و اتفاقات و بازگشت به حالت اولیه خود، یک چرخه یا یک لرزش را پشت سر گذاشته است. اگر دوره یا بازه زمانی لازم برای تکمیل یک چرخه یا لرزش ۲/۱ ثانیه باشد یعنی فرکانس آن ۲ در ثانیه است.

اگر دوره ۱۰۰/۱ ساعت باشد یعنی فرکانس ۱۰۰ در ساعت است. به طور کلی بین فرکانس و بازه زمانی یک رابطه دو طرفه وجود دارد، که در تقابل با یکدیگر عمل می‌کنند. یعنی فرکانس برابر است با:

فرکانس= دوره/۱ = فاصله زمانی/۱

فرکانس چرخش ماه به دور زمین بیشتر از ۱۲ چرخه در سال است. همچنین فرکانس یک رشته از یک ویولن، ۴۴۰ لرزش در ثانیه است.

نمادهای فرکانس

از جمله نمادهایی که بیشتر برای فرکانس استفاده می‌شوند، می‌توان به حرف f اشاره کرد. همچنین حروف یونانی nu که با نماد (v) و امگا که با نماد (ω) نشان داده می‌شوند از جمله نمادهای دیگر فرکانس محسوب می‌شوند.

Nu بیشتر برای مشخص کردن امواج الکترو مغناطیسی مانند نور، اشعه X و پرتوهای گاما استفاده می‌شود.

از نماد امگا معمولا برای توصیف فرکانس‌های زاویه‌ای استفاده می‌شود، یعنی یک جسم در واحد زمان به چه میزان می‌چرخد.

فرکانس جریان متناوب تعداد چرخش یا لرزش در ثانیه است. فرکانس نرخی است که تغییرات جهت بر ثانیه را نشان می‌دهد. این اندازه‌گیری بر حسب “هرتز” بیان می‌شود و واحد بین‌المللی اندازه‌گیری آن ۱ هرتز برابر با ۱ چرخش در ثانیه است.

حال امروزه به افتخار فیزیک‌دان آلمانی قرن نوزدهم، هاینریش رودولف هرتز، فرکانس بر مبنای هرتز بیان می‌شود. در اصل یک هرتز برابر با یک چرخه در ثانیه است. همچنین یک کیلو هرتز برابر با ۱۰۰۰ هرتز و یک مگا هرتز برابر با ۱۰۰۰۰۰۰ میلیون هرتز است. در برخی موارد برای سنجش فرکانس از واحد دیگری به نام شماره موج هم استفاده می‌کنند.

  • هرتز: یک هرتز برابر با یک چرخه در ثانیه است
  • چرخه: یک موج کامل جریان یا ولتاژ متناوب است
  • موج متناوب: نیمی از چرخه است
  • دوره: زمان لازم برای تولید یک چرخه کامل به شکل یک موج است

فرکانس به زبان ساده یعنی اینکه چند بار یک چیزی تکرار می‌شود.

فرکانس در جریان الکتریکی

فرکانس در جریانات برق

در مورد جریان الکتریکی، فرکانس تعداد دفعاتی است که موج سینوسی چرخه مثبت یا منفی را تکرار می‌کند و یا آن را کامل می‌کند. هر چه تعداد چرخه‌ها در هر ثانیه بیشتر شود، فرکانس بالاتر می‌رود. به عنوان مثال اگر اگر جریان متناوبی دارای فرکانس ۵ هرتز باشد، نشان‌دهنده آن است که شکل موج آن ۵ بار در یک ثانیه تکرار می‌شود.

موارد استفاده فرکانس

خواندنی ها

فرکانس معمولا برای توصیف عملکرد تجهیزات برقی استفاده می‌شود که در قسمت پایین به چند نمونه فرکانس متدوال اشاره می‌کنیم:

  • فرکانس خط برق که به طور معمول ۵۰ یا ۶۰ هرتز است.
  • درایوهای با فرکانس متغیر که معمولا از ۱ تا ۲۰ کیلو هرتز استفاده می‌کنند
  • دامنه فرکانس صوتی: ۱۵ هرتز تا ۲۰ کیلو هرتز (دامنه شنوایی انسان)
  • فرکانس رادیویی: ۳۰ الی ۳۰۰ کیلو هرتز
  • فرکانس پایین: ۳۰۰ کیلو هرتز تا ۳ مگا هرتز
  • فرکانس متوسط: ۳ الی ۳۰ مگاهرتز
  • فرکانس بالا: ۳۰ الی ۳۰۰ مگاهرتز است

مطالعه بیشتر : تلفن بیسیم پاناسونیک ساخت ژاپن

مدارهای الکتریکی و تجهیزات آنها اغلب برای کار با فرکانس ثابت یا متغیر طراحی شده‌اند. تجهیزات طراحی شده برای کار با فرکانس ثابت، متفاوت با آنچه که فرکانس آنها مشخص شده است، عمل می‌کنند.

به عنوان مثال اگر موتوری با فرکانس پایین‌تر از ۶۰ هرتز طراحی و ساخته شده باشد و فرکانسی که استفاده می‌کند بیش از ۶۰ هرتز باشد، موتور برای کار کردن در فرکانس ۶۰ هرتز کندتر عمل می‌کند.

برای موتورهای ac هر گونه تغییر در فرکانس باعث تغییر متناسب در سرعت موتور می‌شود. مثال دیگر اینکه اگر فرکانس ۵ درصد کاهش یابد، سرعت موتور هم ۵ درصد کم می‌شود.

 

نحوه اندازه‌گیری فرکانس

یک مولتی‌متر دیجیتالی که دارای شمارنده فرکانس است، می‌تواند بسامد سیگنال‌های ac را اندازه‌گیری کند و همچنین ممکن است موارد زیر هم اتفاق بیفتد:

مولتی متر برای اندازه گیری بسامد یا فرکانس

  • ضبط MIN/MAX که اجازه می‌دهد تا اندازه‌گیری‌های فرکانس در یک دوره مشخص یا همان اندازه ولتاژ، جریان یا مقاومت ثبت شود
  • برد خودکار، که به طور خودکار محدوده فرکانس را انتخاب می‌کند، به جز زمانی که ولتاژ اندازه‌گیری شده خارج از محدوده اندازه‌گیری فرکانس باشد
شبکه‌های برق در کشورهای مختلف، متفاوت هستند. در ایالات متحده آمریکا، این شبکه بر اساس سیگنال بسیار پایدار و در محدوده ۶۰ هرتز ساخته شدت شده است. به این معنی که این شبکه‌ها ۶۰ بار در ثانیه چرخش دارند. در آمریکا برق الکتریکی خانگی از یک منبع تغذیه تک‌فاز که ۱۲۰ ولت است استفاده می‌شود.

قدرت اندازه‌گیری شده در پریز برق خانه‌های آمریکا، امواج سینوسی را که بین ۱۷۰ پوند نوسان دارد را با ولتاژ واقعی ۱۲۰ اندازه‌گیری می‌کند. همچنین سرعت نواسانات ۶۰ چرخه در ثانیه خواهد بود. امواج رادیویی با یک چرخه در ثانیه (۱ هرتز) حرکت می‌کنند، مثلا ساعت با سرعت ۱ هرتز کار می‌کند.

فرکانس در وسایل ارتباطی

مدت زمان زیادی می‌گذرد که وسایل ارتباطی مانند تلفن‌های بیسیم از فرکانس استفاده می‌کنند. با گذر زمان و پیشرفت فناوری‌های ارتباطی، فرکانس‌های تلفن هم بهینه‌تر شدند. در ابتدا فرکانس‌های تلفن بیسیم روی ۲.۶ گیگاهرتز تنظیم می‌شد. ولی اکنون شاهد هستیم که مثلا تلفن‌های پاناسونیک با طول موج بهتر یعنی ۱.۹ گیگاهرتز طراحی و تولید می‌شوند.

گرچه این امواج رادیویی برای انسان‌ها مضر هستند و در بلند مدت اثرات خود را بر جای می‌گذارند. ولی شرکت‌های معروفی مانند پاناسونیک از فناوری‌هایی مانند ECO استفاده می‌کنند که این فرکانس‌ها را تا ۸۵ درصد کاهش می‌دهد.

مطالعه بیشتر : تفاوت voip و سانترال در سیستم‌های تلفن تحت شبکه 

سخن پایانی

از هرتز در ابتدای کار برای پخش و دریافت امواج رادیویی استفاده می‌کردند. چون در زمان قدیم خود دستگاه رادیو از اهمیت بالایی برخوردار بود. در زمانی که تلویزیون وجود نداشت و یکی از بهترین‌ راهای ارتباطی همین رادیو بود. در این مقاله با نحوه کارکرد فرکانس و تعاریف بسیاری از آن آشنا شدیم. همچنین نحوه اندازه‌گیری آن و نمادهایی که هرکدام در جای خود استفاده می‌شوند. اگر شما تعریف‌های دیگری از فرکانس می‌دانید حتما با ما در میان بگذارید. امیدواریم که این مقاله برای شما مفید بوده باشد.

 

نظر شما درباره این مطلب

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.