Tần số là một thuật ngữ mà chắc hẳn bạn nghe thấy rất nhiều trong đời sống hằng ngày xung quanh chúng ta, bạn có thể thấy chúng xuất hiện trong mọi lĩnh vực như điện tử, viễn thông, kỹ thuật với các thuật ngữ như tần số dòng điện, tần số sóng điện từ, tần số âm thanh, tần số của bước sóng ánh sáng
Trong bài viết này, hãy cùng Lidinco tìm hiểu chi tiết về tần số là gì, công thức tính và những ứng dụng của chúng trong cuộc sống
Tần số là gì?
Tần số (Frequency) được định nghĩa là số lần xuất hiện của một hiện tượng lặp đi lặp lại đều đặn trong một chu kỳ thời gian xác định (có thể tính bằng giây, phút, giờ, ngày..)
Để tính được tần số bạn sẽ đếm số lần xuất hiện của hiện tượng và chia cho khoảng thời gian đã chọn. Theo cách tính này ta có thể thấy đơn vị đo tần số sẽ là nghịch đảo với đơn vị đo thời gian
Đơn vị của tần số là Hertz, kí hiệu là Hz được đặt theo nhà vật lý Đức, Heinrich Rudolf Hertz. Ngoài ra, bạn cũng sẽ bắt gặp một số đơn vị khác có định nghĩa tương đồng với tần số như:
- Số vòng quay một phút (rpm) (revolutions per minute) thường dùng để tính tần số động cơ
- Số nhịp đập một phút (bpm) (beats per minute) thường dùng để tính tần số cho nhịp tim
Công thức tính tần số bằng
Tần số được tính bằng tổng số lần xuất hiện của một sự kiện lặp lại trên một đơn vị thời gian nhất định. Có các công thức tần số khác nhau để tính tần suất tùy thuộc vào các đại lượng đã biết. Công thức cho tần số của sóng được sử dụng để tìm tần số (f), khoảng thời gian (T), tốc độ sóng (V) và bước sóng (λ). 1 Hertz đề cập đến một chu kỳ mỗi giây.
Các công thức tính tần số
Công thức 1: Tính tần số theo thời gian
f = 1 / T
Trong đó
f là tần số tính bằng hertz được đo bằng m/sT là thời gian hoàn thành một chu kỳ tính bằng giây
Ví dụ 1: Sử dụng công thức tần số, hãy tìm tần số của sóng khi một chu kì hoàn thành trong 0,5s.
Đáp án: ta có thời gian = 0,5s
Sử dụng công thức tần số
f = 1/Tf = 1/0,5f = 2
Trả lời: Tần số là 2Hz.
Công thức 2: Tính tần số về bước sóng và tốc độ sóng
f = 𝜈 / λ
Trong đó
là tốc độ sóng tính bằng m/sλ là bước sóng của sóng tính bằng m
Ví dụ 2: Tìm tần số của sóng ánh sáng khi bước sóng của ánh sáng là 600nm.
Cho: Bước sóng = 600nm = 600 × 10^-9 m = 6 × 10 -7^ m
Ta biết rằng tốc độ ánh sáng = 3 × 10^8 m/s
Sử dụng công thức tần số
f = 𝜈 / λf = 3×10^8 / 6×10^-7f = 5 ×10^14 giây^-1
Trả lời: Tần số là 5×10^14 Hz.
Công thức 3: Tính tần số theo tần số góc
f = ω / 2π
Trong đó
ω là tần số góc
Công thức 4: Tính tần số sóng điện từ
f = C / λ
Trong đó
C là vận tốc của ánh sáng (tính bằng mét)λ là bước sóng.
Ứng dụng của công thức tính tần số
- Tần số được coi là một thông số quan trọng trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật và công thức tần số cũng vậy.
- Công thức cho tần số được sử dụng để xác định tốc độ của các hiện tượng dao động và rung động, chủ yếu là các rung động cơ học, tín hiệu âm thanh (âm thanh), sóng vô tuyến và sóng ánh sáng.
- Công thức tần số được sử dụng để xác định tần số (f), khoảng thời gian (T), tốc độ truyền sóng (V) và bước sóng (λ) và rút ra các công thức liên quan khác.
Ví dụ về tần số
a. Tần số trong chuyên ngành điện tử, viễn thông dùng để chỉ tần số của dòng điện, tín hiệu điện hoặc các tín hiệu vô tuyến
- Tần số đường dây điện (thường là 50 Hz hoặc 60 Hz).
- Ổ đĩa biến tần, thường sử dụng tần số sóng mang 1-20 kilohertz (kHz).
- Dải tần âm thanh: 15 Hz đến 20 kHz (phạm vi con người nghe được).
- Tần số vô tuyến: 30-300 kHz. Tần số thấp: 300 kHz đến 3 megahertz (MHz). Tần số trung bình: 3-30 MHz.
- Tần số cao: 30-300 MHz.
b. Các dải tần số ánh sáng được sử dụng trong các công thức tính bước sóng và tốc độ truyền của ánh sáng
- Tia gamma: ≥ 30 EHz
- Tia X: 30 EHz – 30 PHz
- Tia tử ngoại: 30 PHz – 790 THz
- Ánh sáng nhìn thấy: 790 THz – 430 THz
- Tia hồng ngoại: 430 THz – 300 GHz
- Vi ba: 300 GHz – 300 MHz
- Radio: 300 GHz – 3 Hz
c. Các dải tần số âm thanh
- 16 đến 32Hz: Ngưỡng dưới của khả năng nghe của con người, và nốt thấp nhấp của đàn đại phong cầm.
- 32 đến 512Hz: Tần số nhịp điệu, nơi có các nốt thấp và cao của giọng nam trầm.
- 512 đến 2048Hz: Độ nghe rõ tiếng nói con người, có tiếng kim.
- 2048 đến 8192Hz: m thanh lời nói, nơi có âm môi và âm xát.
- 8192 đến 16384Hz: Chói, tiếng chuông và cái chũm chọe và âm xuýt
- 16384 đến 32768Hz: Trên chói, đạt tới âm thanh âm u và hơi quá ngưỡng nghe của con người
Hướng dẫn đo tần số
Để đo được giá trị tần số, bạn có thể dùng nhiều thiết bị khác nhau từ đơn giản đến phức tạp. Trong bài viết này, Lidinco sẽ hướng dẫn bạn các đo tần số bằng một số thiết bị được sử dụng phổ biến nhất
Dùng đồng hồ vạn năng đo tần số
Hầu hết mọi dòng đồng hồ vạn năng hiện nay đều được tích hợp chức năng đo tần số. Bạn có thể tìm thấy chức năng đo này trên mặt trước của đồng hồ, ứng dụng chính của nó là để đo giá trị tần số của dòng điện xoay chiều. Để thực hiện chức năng này cũng khá đơn giản
Bạn vặn núm điều chỉnh của đồng hồ vạn năng đến chức năng đo Hz để thực hiện đo tần số. Cắm que đen (-) vào cổng COM và que đỏ vào cổng VHz. Sau đó, cắm hai đầu đo vào ổ điện cần đo để kiểm tra tần số của dòng điện
Dùng máy đếm tần số
Một thiết bị khác cũng được sử dụng phổ biến trong việc đo lường giá trị tần số đo chính là máy đếm tần số. Thiết bị này cho phép bạn thực hiện nhiều chức năng hơn so với việc sử dụng đồng hồ vạn năng
Với máy đếm tần số bạn bạn có thể dùng để đo tần số và chu kỳ tỉ lệ, khoảng thời gian lỗi, độ xung, …Ngoài ra, máy có thể tự động đo được các tín hiệu sườn lên, sườn xuống, góc pha, chu kì hoạt động, điện áp Max, điện áp đỉnh – đỉnh.
Ngoài ra, thiết bị này cũng cho phép bạn thực hiện các phép phân tích chuyên sâu bằng các lập các biểu đồ thông số kê đo lường để xem kết quả một cách trực quan nhất
Máy hiện sóng
Máy hiện sóng cũng là một trong những thiết bị được sử dụng rộng rãi trong việc đo tần số của các tín hiệu. Với dải đo rất rộng của mình, máy hiện sóng cho phép bạn đo lường tần số của các tín hiệu từ 0Hz lên đến 3 – 4GHz hoặc cao hơn nữa đối với các dòng máy hiện đại
Là một máy phân tích tín hiệu chuyên sâu bạn cần phải có một số kiến thức cơ bản về điện tử cũng như có các kiến thức chuyên sâu về thiết bị
Hỏi & Đáp
Hỏi: m có tần số 20Hz là gì?Đáp: Các âm thanh có tần số từ 20Hz trở xuống được gọi là hạ âm
Hỏi: Sóng tần số 1000Hz là gì?Đáp: Sóng có tần số 1000Hz được gọi là sóng âm, nhỏ hơn 20Hz là hạ âm và lớn hơn 20000Hz là siêu âm
Hỏi: Tần số sóng điện từ là gì?Đáp: Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ được tạo ra bởi sự kết hợp của từ trường và điện trường dao động vuông góc với nhau. Loại sóng này mang các đặc tính của các hạt thường được gọi là hạt “quang tử- photon”. Khi một sóng điện từ truyền đi, năng lượng, động lượng và thông tin được truyền đi. Bước sóng của sóng điện từ nằm trong khoảng từ 400nm đến 700nm và có thể quan sát được bằng mắt thường thông qua ánh sáng do sóng điện từ phát ra.
Hỏi: Tần số của dòng điện xoay chiều là gì?Đáp: Tần số dòng điện xoay chiều (ac) là số chu kỳ mỗi giây mà dòng điện đổi chiều. Tần số là tốc độ dòng điện thay đổi hướng mỗi giây. Nó được đo bằng hertz (Hz), một đơn vị đo lường quốc tế trong đó 1 hertz bằng 1 chu kỳ mỗi giây.