Frekans

Frekans ⓘ
Frekans ⓘ
	60 saniyede 25 tam salınım yapan bir sarkacın frekansı 0,416 Hertz'dir
Ortak semboller	f, ν
SI birimi	hertz (Hz)
Diğer birimler	saniye başına döngü (cps); dakika başına devir sayısı (rpm veya r/min);
SI temel birimlerinde	s-1
Türevleri; diğer miktarlar	f = 1 / T;

Frekans, tekrar eden bir olayın zaman birimi başına meydana gelme sayısıdır. Bazen uzaysal frekansla zıtlığı vurgulamak için zamansal frekans ve açısal frekansla zıtlığı vurgulamak için sıradan frekans olarak da adlandırılır. Frekans hertz (Hz) birimiyle ifade edilir ve bu da saniyede bir (olay) anlamına gelir. Karşılık gelen periyot, tekrar eden bir olaydaki bir döngünün zaman süresidir, bu nedenle periyot frekansın tersidir. Örneğin, bir kalp dakikada 120 kez (2 hertz) atıyorsa, periyodu, $T$ - atımlar arasındaki zaman aralığı - yarım saniyedir (60 saniye bölü 120 atım). Frekans, mekanik titreşimler, ses sinyalleri (ses), radyo dalgaları ve ışık gibi salınımlı ve periyodik olaylarda gözlemlenen değişimin zamansal oranını belirtmek için bilim ve mühendislikte kullanılan önemli bir parametredir. ⓘ

Tanımlar ve birimler

Periyodu 2,8 s ve frekansı 0,36 Hz olan bir sarkaç ⓘ

Salınımlar, dalgalar veya basit harmonik hareket örnekleri gibi döngüsel olaylar için frekans terimi, birim zamandaki döngü veya titreşim sayısı olarak tanımlanır. Frekans için geleneksel sembol f'dir; Yunan harfi $\nu$ (nu) da kullanılır. Dönem $T$ bir salınımın bir döngüsünü tamamlamak için geçen süredir. Frekans ve periyot arasındaki ilişki denklem ile verilmektedir:

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

ⓘ

Zamansal frekans terimi, frekansın birim mesafe değil, birim zaman başına tekrar eden bir olayın meydana gelme sayısı ile karakterize edildiğini vurgulamak için kullanılır. ⓘ

SI tarafından türetilen frekans birimi, 1930 yılında Uluslararası Elektroteknik Komisyonu tarafından Alman fizikçi Heinrich Hertz'in adıyla anılan hertz'dir (Hz). CGPM (Conférence générale des poids et mesures) tarafından 1960 yılında kabul edilmiş ve resmi olarak önceki adı olan "saniye başına devir" (cps) yerine geçmiştir. Tüm zaman ölçümlerinde olduğu gibi periyot için de SI birimi saniyedir. Dönen mekanik cihazlarda kullanılan geleneksel ölçü birimi, r/dk veya rpm olarak kısaltılan dakika başına devirdir. 60 rpm bir hertz'e eşdeğerdir. ⓘ

Rüzgar tarafından üretilen dalgalar, frekanstan ziyade periyotları açısından tanımlanır. ⓘ

Frekanslar

Frekanslar	Sembol	Aralık - Titreşim Sayısı	Dalgaboyu ⓘ
Extremely low frequency	ELF	3 Hz ile 30 Hz	10,000 km ile 100,000 km
Super low frequency	SLF	30 Hz ile 300 Hz	1,000 km ile 10,000 km
Ultra low frequency	ULF	300 hz ile 3 Khz	100 km ile 1000 km
Very low frequency	VLF	3 Khz ile 30 Khz	10 km ile 100 km
Low frequency	LF	30 Khz ile 300 Khz	1 km ile 10 km
Medium frequency	MF	300 Khz ile 3 Mhz	100 m ile 1 km
High frequency	HF	3 Mhz ile 30 Mhz	10 m ile 100 m
Very high frequency	VHF	30 Mhz ile 300 Mhz	1 m ile 10 m
Ultra high frequency	UHF	300 Mhz ile 3 Ghz	10 cm ile 100 cm
Super high frequency	SHF	3 Ghz ile 30 Ghz	1 cm ile 10 cm
Extremely high frequency	EHF	30 Ghz ile 300 Ghz	1 mm ile 10 mm

Kolaylık açısından, okyanus yüzeyi dalgaları gibi daha uzun ve yavaş dalgalar, frekans yerine dalga periyodu ile tanımlanma eğilimindedir. Ses ve radyo gibi kısa ve hızlı dalgalar genellikle periyot yerine frekanslarıyla tanımlanır. Yaygın olarak kullanılan bazı dönüşümler aşağıda listelenmiştir:

Frekans	1 mHz (10-3 Hz)	1 Hz (10⁰ Hz)	1 kHz (10³ Hz)	1 MHz (10⁶ Hz)	1 GHz (10⁹ Hz)	1 THz (10¹² Hz) ⓘ
Dönem	1 ks (10³ s)	1 s (10⁰ s)	1 ms (10-3 sn)	1 μs (10-6 s)	1 ns (10-9 s)	1 ps (10-12 sn)

İlgili frekans türleri

Farklı frekans türleri ve diğer dalga özellikleri arasındaki ilişkinin diyagramı. ⓘ

Genellikle Yunanca ω (omega) harfiyle gösterilen açısal frekans, açısal yer değiştirmenin değişim oranı (dönme sırasında), θ (teta) veya sinüzoidal bir dalga formunun fazının değişim oranı (özellikle salınımlarda ve dalgalarda) veya sinüs fonksiyonunun argümanının değişim oranı olarak tanımlanır: $y(t)=\sin \left(\theta (t)\right)=\sin(\omega t)=\sin(2\mathrm {\pi } ft)$ ${\frac {\mathrm {d} \theta }{\mathrm {d} t}}=\omega =2\mathrm {\pi } f$ Açısal frekans genellikle saniye başına radyan (rad/s) cinsinden ölçülür, ancak ayrık zamanlı sinyaller için boyutsuz bir miktar olan örnekleme aralığı başına radyan olarak da ifade edilebilir. Açısal frekans (rad/s cinsinden) normal frekanstan (Hz cinsinden) 2π kat daha büyüktür.
Uzamsal frekans zamansal frekansa benzerdir, ancak zaman ekseni bir veya daha fazla uzamsal yer değiştirme ekseni ile değiştirilir, örn: $y(t)=\sin \left(\theta (t,x)\right)=\sin(\omega t+kx)$ ${\frac {\mathrm {d} \theta }{\mathrm {d} x}}=k$ Dalga sayısı, k, açısal zamansal frekansın uzamsal frekans analoğudur ve metre başına radyan cinsinden ölçülür. Birden fazla uzamsal boyut olması durumunda dalga sayısı bir vektörel büyüklüktür. ⓘ

Dalga yayılımında

Dağılmayan ortamlardaki (yani dalga hızının frekanstan bağımsız olduğu ortamlardaki) periyodik dalgalar için frekansın dalga boyu λ (lambda) ile ters bir ilişkisi vardır. Dağıtıcı ortamlarda bile, sinüzoidal bir dalganın frekansı f, dalganın faz hızı v'nin dalga boyu λ'ya bölünmesine eşittir:

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

ⓘ

Vakumda hareket eden elektromanyetik dalgaların özel durumunda, v = c, burada c vakumda ışık hızıdır ve bu ifade olur:

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

ⓘ

Monokromatik dalgalar bir ortamdan diğerine geçerken frekansları aynı kalır, sadece dalga boyları ve hızları değişir. ⓘ

Ölçüm

Frekans ölçümü aşağıdaki şekillerde yapılabilir: ⓘ

Sayma

Tekrar eden bir olayın sıklığının hesaplanması, söz konusu olayın belirli bir zaman dilimi içinde kaç kez meydana geldiğinin sayılması ve ardından sayının zaman diliminin uzunluğuna bölünmesiyle gerçekleştirilir. Örneğin, 15 saniye içinde 71 olay meydana gelirse, frekans:

f={\frac {71}{15\,{\text{s}}}}\approx 4.73\,{\text{Hz}}

Sayım sayısı çok büyük değilse, belirli bir süre içinde meydana gelen olay sayısı yerine önceden belirlenmiş sayıda olay için zaman aralığını ölçmek daha doğrudur. İkinci yöntem, sıfır ile bir sayım arasında, yani ortalama yarım sayımlık rastgele bir hata ortaya çıkarır. Buna geçitleme hatası denir ve hesaplanan frekansta ortalama bir hataya neden olur. ${\textstyle \Delta f={\frac {1}{2T_{\text{m}}}}}$ 'lik bir kesirli hata veya ${\textstyle {\frac {\Delta f}{f}}={\frac {1}{2fT_{\text{m}}}}}$ nerede $T_{\text{m}}$ zamanlama aralığıdır ve $f$ ölçülen frekanstır. Bu hata frekansla birlikte azalır, bu nedenle genellikle N sayım sayısının küçük olduğu düşük frekanslarda bir sorundur. ⓘ

Rezonans kamışlı frekans ölçer, yaklaşık 1900'den 1940'lara kadar alternatif akımın frekansını ölçmek için kullanılan eski bir cihazdır. Bir elektromıknatıs tarafından titreştirilen, dereceli uzunluklarda kamışlara sahip bir metal şeritten oluşur. Bilinmeyen frekans elektromıknatısa uygulandığında, o frekansta rezonansa giren kamış, ölçeğin yanında görülebilen büyük bir genlikle titreşecektir. ⓘ

Stroboskop

Dönen veya titreşen nesnelerin frekansını ölçmek için eski bir yöntem stroboskop kullanmaktır. Bu, frekansı kalibre edilmiş bir zamanlama devresiyle ayarlanabilen, tekrarlı olarak yanıp sönen yoğun bir ışıktır (flaş ışığı). Stroboskop ışığı dönen nesneye doğrultulur ve frekansı yukarı ve aşağı ayarlanır. Stroboskobun frekansı dönen veya titreşen nesnenin frekansına eşit olduğunda, nesne bir salınım döngüsünü tamamlar ve ışığın yanıp sönmesi arasında orijinal konumuna geri döner, böylece stroboskop tarafından aydınlatıldığında nesne sabit görünür. Daha sonra frekans stroboskop üzerindeki kalibre edilmiş göstergeden okunabilir. Bu yöntemin bir dezavantajı, flaş frekansının bir tam sayı katında dönen bir nesnenin de sabit görünecek olmasıdır. ⓘ

Frekans sayacı

Modern frekans sayacı ⓘ

Daha yüksek frekanslar genellikle bir frekans sayacı ile ölçülür. Bu, uygulanan tekrarlı bir elektronik sinyalin frekansını ölçen ve sonucu dijital bir ekranda hertz cinsinden gösteren elektronik bir alettir. Hassas bir kuvars zaman tabanı tarafından belirlenen bir zaman aralığındaki döngü sayısını saymak için dijital mantık kullanır. Bir milin dönme hızı, mekanik titreşimler veya ses dalgaları gibi elektriksel olmayan döngüsel süreçler, dönüştürücüler tarafından tekrarlayan bir elektronik sinyale dönüştürülebilir ve sinyal bir frekans sayacına uygulanabilir. 2018 itibariyle, frekans sayaçları yaklaşık 100 GHz'e kadar olan aralığı kapsayabilmektedir. Bu, doğrudan sayım yöntemlerinin sınırını temsil eder; bunun üzerindeki frekanslar dolaylı yöntemlerle ölçülmelidir. ⓘ

Heterodin yöntemleri

Frekans sayaçları aralığının üzerinde, elektromanyetik sinyallerin frekansları genellikle heterodinleme (frekans dönüştürme) kullanılarak dolaylı olarak ölçülür. Bilinmeyen frekansa yakın bilinen bir frekanstaki referans sinyali, diyot gibi doğrusal olmayan bir karıştırma cihazında bilinmeyen frekansla karıştırılır. Bu, iki frekans arasındaki farkta bir heterodin veya "vuruş" sinyali oluşturur. İki sinyalin frekansı birbirine yakınsa, heterodin bir frekans sayacı tarafından ölçülebilecek kadar düşüktür. Bu işlem yalnızca bilinmeyen frekans ile referans frekans arasındaki farkı ölçer. Daha yüksek frekanslara ulaşmak için birkaç heterodinleme aşaması kullanılabilir. Mevcut araştırmalar bu yöntemi kızılötesi ve ışık frekanslarına (optik heterodin algılama) genişletmektedir. ⓘ

Örnekler

Orkestrada bütünlüğü sağlamak için akort sesi olarak verilen la notası 440 Hz frekansına sahip bir titreşimdir.
İnsan kulağı 20-20.000 Hz aralığındaki titreşimlere tepki gösterir.
Şebekeden dağıtılan elektrik, saniyede 50 kere salınan alternatif akımdır. Elektrikli eşyaların üzerinde AC 220V 50 Hz uyarısı cihazın, 50 Hz' lik 220 volt genlikli alternatif akımla çalıştığı anlamına gelir. ⓘ

Fizik ile ilgili bu madde taslak seviyesindedir. Madde içeriğini genişleterek Vikipedi'ye katkı sağlayabilirsiniz. ⓘ

Işık

Görünür kısmı vurgulanmış elektromanyetik radyasyon spektrumunun tamamı ⓘ

Görünür ışık, uzayda hareket eden salınımlı elektrik ve manyetik alanlardan oluşan elektromanyetik bir dalgadır. Dalganın frekansı rengini belirler: 400 THz (4×10¹⁴ Hz) kırmızı ışıktır, 800 THz (8×10¹⁴ Hz) mor ışıktır ve bunların arasında (400-800 THz aralığında) görünür spektrumun diğer tüm renkleri bulunur. Frekansı 4×10¹⁴ Hz'den az olan bir elektromanyetik dalga insan gözüyle görülemez; bu tür dalgalara kızılötesi (IR) radyasyon denir. Daha da düşük frekansta, dalga mikrodalga olarak adlandırılır ve hala daha düşük frekanslarda radyo dalgası olarak adlandırılır. Aynı şekilde, 8×10¹⁴ Hz'den daha yüksek frekanslı bir elektromanyetik dalga da insan gözüyle görülemeyecektir; bu tür dalgalara ultraviyole (UV) radyasyon denir. Daha da yüksek frekanslı dalgalara X-ışınları ve daha yüksek frekanslı dalgalara da gama ışınları denir. ⓘ

En düşük frekanslı radyo dalgalarından en yüksek frekanslı gama ışınlarına kadar tüm bu dalgalar temelde aynıdır ve hepsine elektromanyetik radyasyon denir. Hepsi boşlukta aynı hızda (ışık hızı) hareket eder ve bu da onlara frekanslarıyla ters orantılı dalga boyları verir. ⓘ

\displaystyle c=f\lambda

ⓘ

Burada c ışık hızı (vakumda c veya diğer ortamlarda daha az), f frekans ve λ dalga boyudur. ⓘ

Cam gibi dağıtıcı ortamlarda hız bir miktar frekansa bağlıdır, bu nedenle dalga boyu frekansla tam olarak ters orantılı değildir. ⓘ

Ses

Ses dalgası spektrumu, bazı uygulamaların kaba kılavuzu ile ⓘ

Ses, havada veya diğer maddelerde basınç ve yer değiştirmenin mekanik titreşim dalgaları olarak yayılır. Genel olarak, bir sesin frekans bileşenleri onun "rengini", tınısını belirler. Bir sesin frekansından (tekil olarak) bahsederken, sesin perdesini en çok belirleyen özellik anlamına gelir. ⓘ

Bir kulağın duyabileceği frekanslar belirli bir frekans aralığıyla sınırlıdır. İnsanlar için duyulabilir frekans aralığı tipik olarak yaklaşık 20 Hz ile 20.000 Hz (20 kHz) arasında verilir, ancak yüksek frekans sınırı genellikle yaşla birlikte azalır. Diğer türler farklı işitme aralıklarına sahiptir. Örneğin, bazı köpek ırkları 60.000 Hz'e kadar olan titreşimleri algılayabilir. ⓘ

Hava gibi birçok ortamda ses hızı yaklaşık olarak frekanstan bağımsızdır, bu nedenle ses dalgalarının dalga boyu (tekrarlar arasındaki mesafe) yaklaşık olarak frekansla ters orantılıdır. ⓘ

Hat akımı

Avrupa, Afrika, Avustralya, Güney Amerika'nın güneyi, Asya'nın büyük bölümü ve Rusya'da evlerdeki elektrik prizlerinde kullanılan alternatif akımın frekansı 50 Hz'dir (G tonuna yakın), Kuzey Amerika ve Güney Amerika'nın kuzeyinde ise evlerdeki elektrik prizlerinde kullanılan alternatif akımın frekansı 60 Hz'dir (B♭ ve B tonları arasında; yani Avrupa frekansının bir minör üçte biri üzerinde). Bir ses kaydındaki 'uğultunun' frekansı, Avrupa ya da Amerikan şebeke frekansı kullanan ülkelerde kaydın nerede yapıldığını gösterebilir. ⓘ

Periyodik frekans

Periyodik frekans, radyoaktif bozunma gibi rastgele süreçler de dahil olmak üzere döngüsel olmayan olayların görülme veya meydana gelme oranıdır. Karşılıklı saniye (s-1) veya radyoaktivite durumunda becquerels ölçüm birimleriyle ifade edilir. ⓘ

Belirli bir süre (T) boyunca bir olayın kaç kez gerçekleştiğini (N) içeren bir oran, f = N/T olarak tanımlanır; zamansal oran türünde fiziksel bir niceliktir. ⓘ

Frekans ⓘ
60 saniyede 25 tam salınım yapan bir sarkacın frekansı 0,416 Hertz'dir
Ortak semboller	$f, ν$
SI birimi	hertz (Hz)
Diğer birimler	saniye başına döngü (cps) dakika başına devir sayısı (rpm veya r/min)
SI temel birimlerinde	s-1
Türevleri diğer miktarlar	$f = 1 / T$