헤르츠

헤르츠(Hertz, ㎐)는 전파를 비롯한 모든 파장의 진동수의 단위이다. 주기적 현상에 있어서 같은 위상이 1초 동안에 몇 회나 돌아오는가를 보이는 수로, 헤르츠 이전 단위로 사이클(Cycle)을 사용했다.

개요

헤르츠는 국제단위계(International System Units, SI)의 주파수 단위이다. 헤르츠의 사용은 전자기학 분야에서 큰 업적을 남긴 독일의 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz)를 기리기 위해 적용되었다. 헤르츠는 일 초에 한 번을 의미하며, 진동 운동에서 물체가 일정한 왕복 운동을 지속적으로 반복하여 보일 때 초당 이러한 반복 운동이 일어난 횟수를 말한다. 이 단위는 모든 주기적으로 반복되는 것에 쓰일 수 있다. 일상 생활에서 헤르츠 단위를 주로 접하는 경우는 라디오나 텔레비전 방송의 주파수, 컴퓨터 CPU(central processing unit)의 클럭 주파수 등을 언급할 때이다.

역사

헤르츠의 역사는 1930년에 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission)에 의해서 채택되었고, 1960년에 국제도량형총회(General Conference on Weights and Measures)에서 공식적으로 승인되었다.

인물

하인리히 루돌프 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz)

헤르츠는 인물 이름에서 유래되었다. 하인리히 루돌프 헤르츠는 독일의 20세기 무선의 시대를 연 19세기 물리학자로, 라디오파를 만들어 내는 장치를 만들어 전자기파의 존재를 처음 실증해 보였다. 이것을 바탕으로 다른 과학자들의 연구가 더해져 라디오, 텔레비전 방송, 휴대 전화 등 전자기기에 전자기파가 사용되면서 무선통신 시대가 열렸다.

어린 시절부터 뛰어났던 과학적 재능 헤르츠는 1857년 독일 함부르크의 한 유대인 가정에서 태어났어. 보통 유대인들은 유대교를 믿는데 헤르츠의 가정은 기독교로 종교를 바꾸어 믿었어. 아버지는 변호사, 어머니는 의사로 집안 형편은 매우 넉넉했지. 헤르츠는 어려서부터 과학에 재능을 보였고, 베를린 대학교에서 전자기학4)을 연구했어.

전자기파 연구에 대한 관심 당시 몇몇 과학자들이 전자기파의 특성을 연구해 오고 있었어. 1864년에 영국의 물리학자 맥스웰은 자기장5)에 의해 생성된 에너지가 파동6)을 이루어 복사7)되는데, 빛의 속도로 복사될 수 있다는 이론을 세웠어. 헤르츠는 맥스웰의 이론이 진실임을 믿고 이를 증명하는 데 관심을 갖게 돼.

맥스웰의 이론을 증명한 실험 헤르츠는 1885년 28세에 카를스루에 공과대학 교수가 되었는데, 실험실이 잘 갖춰져 있어서 맥스웰의 이론에 대한 연구를 본격적으로 시작할 수 있었어. 헤르츠는 강의실에서 학생들을 위해 시범 실험을 하고 있던 중 우연히 전자기파를 발견했어. 이 경험을 바탕으로 전자기파를 발생시키고, 이를 수신할 수 있는 실험 장치를 만들었지. 1886년, 헤르츠는 전자기파의 존재를 실험으로 증명하는 데 성공했단다.

마르코니가 이어나간 전파 연구 헤르츠는 1894년 베게너육아종증8)이라는 병에 걸려 37세의 이른 나이로 세상을 떠났어. 헤르츠의 실험에 관심을 가진 이탈리아의 발명가 마르코니9)는 전자기파를 만들었던 실험 기기들을 조금 변형시켰어. 그리고 알파벳으로 적힌 문장을 무선통신으로 주고받는 데 처음으로 성공했지. 이렇게 해서 무선의 시대가 열리게 된 거야. 이후 헤르츠의 업적을 기리기 위해서 국제전기기술위원회는 전파를 포함한 모든 파장10)의 주파수 단위를 헤르츠(Hz)라고 부르고 있단다.

등급

헤르츠 등급

주파수 (Hz)	이름	단위
1	헤르츠	Hz
10	데카헤르츠	daHz
100	헥토헤르츠	hHz
1000	킬로헤르츠	kHz
1000000	메가헤르츠	MHz
1000000000	기가헤르츠	GHz
1000000000000	테라헤르츠	THz
1000000000000000	페타헤르츠	PHz
1000000000000000000	엑사헤르츠	EHz
1000000000000000000000	제타헤르츠	ZHz
1000000000000000000000000	요타헤르츠	YHz

헤르츠 등급

주파수 (Hz)	이름	단위
0.1	데시헤르츠	dHz
0.01	센티헤르츠	cHz
0.001	밀리헤르츠	mHz
0.000001	마이크로헤르츠	µHz
0.000000001	나노헤르츠	nHz
0.000000000001	피코헤르츠	pHz
0.000000000000001	펨토헤르츠	fHz
0.000000000000000001	아토헤르츠	aHz
0.000000000000000000001	젭토헤르츠	zHz
0.000000000000000000000001	욕토헤르츠	yHz

사용

진동

헤르츠는 진동수를 나타내는 국제단위로, 소리는 압박의 떨림을 말하는 움직이는 파이다. 유아의 귀는 16헤르츠부터 20,000헤르츠까지의 주파수를 인지하는 반면, 일반인은 살아오면서 고막이 조금씩 손상되어 20헤르츠부터 16,000헤르츠까지의 소리만 들을 수 있으나, 예외적으로 200,000헤르츠 이상의 주파수까지 인지하는 사람도 있다.

라디오

라디오 방송에서 FM 방송(FM broadcasting)이나 AM 방송(AM broadcasting) 몇 MHz 방송이라고 할 때, 이것이 의미하는 것은 그 방송이 몇 MHz의 주파수를 가지는 전파 위에 음성 정보를 올린 방송을 말한다. FM과 AM는 음성 정보를 변환해서 전파에 올리는 방법에서 차이가 날 뿐 명시된 주파수를 사용한다는 공통점이 있다. 라디오 전파의 주파수는 300kHz에서 3,000kHz를 사용한다.

컴퓨터 처리

컴퓨터 처리에서, cpu의 클럭은 헤르츠를 나타내고, 처리속도로써, 1초 동안 파장이 움직이는 시간을 의미한다. 클럭은 일초당 cpu 내부에서의 얼마만큼 작업을 처리하는지를 주파수 단위로 측정하고, 클럭이 높을수록 높은 성능을 의미한다. 컴퓨터 CPU 클럭을 얘기할 때 헤르츠 단위를 쓰는 이유는 CPU를 일정한 속도로 동작하기 위해서는 일정한 간격으로 전기적 펄스(pulse)를 공급 받아야 하는데, 이 전기적 펄스가 초당 CPU에 공급되는 횟수라는 개념 때문이다.

에너지 저장 장치

국내에서 사용되는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)도 주파수와 관계가 있다. 주파수 조정용(Frequency Regulation) 에너지 저장 장치는 실시간으로 전력을 저장, 공급하는 과정을 통해 발전소에서 생산되는 전기의 주파수 조정 역할을 한다. 전기만 저장할 수 있는 일반 에너지 저장 장치와 달리 발전 출력을 일정하게 유지해주는 기능까지 가지고 있다. 이를 통해 우리나라 전력 표준 주파수인 60헤르츠로 일정하게 유지할 수 있다. 특히, 산업군에서 쓰이는 주파수는 단 한 차례의 끊김도 용납될 수 없기 때문에 전 세계 모든 국가는 발전소에서 생산되는 전기가 일정 주파수를 유지하도록 규정하고 있다.

표준 주파수

표준 주파수는 국가별 사용하는 기준이 각각 다르다. 이는 각 국가별 전압 및 콘센트를 통해서도 알 수 있다. 대한민국은 전압이 220V, 60헤르츠이지만, 유럽의 경우 대부분이 230V, 50헤르츠로 전압이 공급된다. 세계적으로 상용되는 전기 주파수는 50헤르츠와 60헤르츠가 있고, 두 주파수간에 큰 차이는 없으며, 규모가 큰 회전체 제품과 코일 관련 제품 외에는 주파수 혼용이 가능하다. 2020년 기준 전 세계 85%의 지역이 50헤르츠 전지 주파수를 사용하고 있지만 국내에는 60헤르츠의 주파수를 사용하고 있다. 그 이유는 전기 사업을 시작할 때 어느 나라 발전기를 수입했는지에 따라 달라지기 때문이다. 과거 독일의 발전기 방식이 50헤르츠였고, 미국의 발전기 방식은 60헤르츠였다. 따라, 유럽의 영향력이 미쳤던 중동, 동남아시아지역 대부분은 50헤르츠 전기 주파수를 사용하였고, 미국의 영향력이 높았던 사우디아라비아, 필리핀, 일본의 일부 지역 정도만 60헤르츠 전기 주파수를 사용하였다.

참고자료

• 〈Hertz〉, 《네이버 지식백과》
• 〈헤르츠〉, 《네이버 지식백과》
• 〈헤르츠〉, 《위키백과》
• 중학독서평설, 〈진동수를 나타내는 '헤르츠(Hertz)'〉, 《네이버 포스트》, 2019-09-17
• 삼진네트웍스, 〈CPU의 역할 시스템 중앙제어처리 장치〉, 《네이버 블로그》, 2021-08-06
• 이승희 기자, 〈우리나라 주파수는 왜 60Hz일까?〉, 《전기저널》, 2020-09-09
• 키친애니몰공식blog, 〈각 국가별 전압 및 플러그 알아야 할 꿀팁!〉, 《네이버 블로그》, 2020-01-12

같이 보기

• 사이클
• 하인리히 루돌프 헤르츠

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