Tần số là gì ? Tính chất, ứng dụng, đặc điểm của tần số

Tần số, trong lĩnh vực công nghệ điện, là một khái niệm quan trọng và được sử dụng rộng rãi. Tần số đo lường số lần mà một sự kiện lặp lại trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong ngành điện, tần số thường được sử dụng để chỉ số lượng chu kỳ của dòng điện xoay chiều trong một giây. Đơn vị đo tần số là hertz (Hz), và tần số thường được biểu diễn bằng số lần lặp lại trong một giây.

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

Các thông tin cơ bản về tần số

Các khái niệm liên quan

• Hertz (Hz): là đơn vị đo tần số.
• Chu kỳ: là một làn sóng hoàn chỉnh của điện áp hoặc dòng điện xoay chiều
• Luân phiên: là một nửa chu kỳ
• Thời gian: là thời gian cần thiết để tạo ra một chu kỳ hoàn chỉnh của làn sóng
• Tần số âm thanh: từ 15 Hz đến 20kHz (phạm vi tần số âm thanh tai người nghe được)
• Tần số vô tuyến: từ 30 – 300 kHz
• Tần số thấp: 300 kHz – 3 MHz
• Tần số trung bình: 3-30 MHz
• Tần số cao: 30-300 MHz

Tần số liên hệ với chu kỳ

Tần số được tính qua liên hệ với chu kỳ là thời gian giữa hai lần xuất hiện liên tiếp của hiện tượng. Tần số f bằng nghịch đảo chu kỳ T theo công thức là f= 1/T.

Tần số trong chuyển động sóng

Là số lần thấy đỉnh sóng tại một điểm trong một thời gian nhất định. Bước sóng bằng chu kỳ nhân với vận tốc sóng, tần số f bằng vận tốc sóng v chia cho bước sóng = f = v / λ.

Tần số quét màn hình

Là các thông số kỹ thuật của các thiết bị điện tử có dạng màn hình như tần số quét tivi, smartphone, laptop,… ở màn hình LCD hoặc màn hình LED.

Tần số âm thanh nghe được

Là một dạng năng lượng cảm nhận thông qua sóng lan truyền trong không gian, dẫn đến thích giác con người, con người có thể nghe được trong khoảng từ 20 – 20.000 Hz.

Cách tính tần số dựa vào bước sóng

Công thức: Khi đã cho bước sóng và vận tốc dao động, ta có công thức tính tần số f như sau: f = V / λ

Trong đó, V chính là vận tốc của sóng, f là tần số và λ là bước sóng. Ta có thể quy đổi bước sóng sang đơn vị m nếu cần thiết. Nếu bước sóng đã biết ở dạng nano-mét thì bạn cần chuyển đổi sang đơn vị chuẩn là mét. Ta lấy giá trị đó chia cho số nanomet trong một mét là ra kết quả.

Chú ý: Trong khi giá trị mà bạn đang tính toán rất bé hoặc rất lớn, hãy chuyển giá trị đó về dạng số liệu khoa học chuẩn để thực hiện thao tác tính dễ dàng hơn.

Cách tính tần số sóng điện từ ở trong chân không

Công thức để tính tần số sóng trong chân không giống như công thức tính ở môi trường ngoài chân không. Nhưng lưu ý rằng, ở môi trường chân không thì vận tốc sóng sẽ không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố khác. Vì vậy, có thể nói vận tốc sóng điện từ trong trường hợp này sẽ ngang với vận tốc ánh sáng. Do đó, ta có công thức tính tần số f như sau: f = C / λ

Trong đó, C là vận tốc của ánh sáng, f là tần số và λ là bước sóng.

Nếu bước sóng được đề bài đưa dưới đơn vị khác, chẳng hạn như micromet thì bạn cần chuyển đổi về đơn vị mét. Hãy lấy giá trị đó chia cho số micromet trong một mét là được kết quả.

Cách tính tần số dựa trên thời gian hoặc chu kỳ

Như bạn đã biết, tần số và thời gian là hai đại lượng cần để có thể hoàn thành một dao động sóng. Hai đại lượng này lại tỉ lệ nghịch với nhau. Từ đó, ta có thể suy ra công thức tính tần số nếu đề bài cho dữ kiện về thời gian hoàn thành dao động là: f = 1 / T

Trong đó, ta có f là tần số và T chính là chu kỳ thời gian, hay chính là lượng thời gian cần để một dao động hoàn thành.

Thông thường, đề bài sẽ cho ta biết thời gian cần thiết để một dao động hoàn thành là bao nhiêu. Như vậy, trong trường hợp này, ta lấy nghịch đảo của chu kỳ thời gian (tức là lấy 1 chia cho T). Nếu chu kỳ thời gian được đề bài cho là chu kỳ của nhiều dao động, ta chỉ cần lấy số dao động chia cho tổng chu kỳ thời gian để tất cả dao động đó hoàn thành là xong.

Như vậy, với công thức tính như trên, bạn đã biết được tần số của sóng, nhớ ghi kèm theo đơn vị tần số là Hz nhé.

Cách tính tần số dựa trên tần số góc

Nếu đề bài đã cho trước tần số góc của một sóng, ta áp dụng công thức sau để tính tần số chuẩn của sóng đó: f = ω / (2π)

Trong đó, ta có đơn vị ω là tần số góc và f là tần số chuẩn. Giống như những bài toán khác, ta có π chính là hằng số pi. Nhân đôi giá trị pi lên (tức là 3,14 nhân với 2), ta có thể xác định được mẫu số như công thức trên.

Ứng dụng của tần số trong đời sống và công nghệ hiện nay

• Ứng dụng trong lĩnh vực viễn thông: Đây là yếu tố quan trọng trong viễn thông, giúp cho các thiết bị truyền thông như đường dây điện thoại, sóng radio, sóng viễn thông và mạng máy tính có thể truyền tải thông tin từ một điểm đến một điểm khác. Khái niệm này cũng rất quen thuộc đối với chúng ta đúng không ạ
• Thường được nhắc đến trong lĩnh vực âm nhạc: Nó là yếu tố quan trọng trong âm nhạc, giúp cho những âm thanh và giai điệu có thể được tạo ra và thưởng thức. Nếu Không có tần số, âm nhạc sẽ không có giá trị về mặt nghệ thuật.
• Đây là một trong những ứng dụng quan trọng trong y học: Nó được sử dụng trong y học để chẩn đoán và điều trị bệnh. Chẳng hạn, được sử dụng trong siêu âm để chụp hình cho thai nhi hoặc trong máy điện não đồ để xem não của bệnh nhân hoạt động như thế nào.
• Ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật số: Đây là một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng kỹ thuật số như xử lý tín hiệu số, mã hóa và giải mã dữ liệu.
• Trong ngành điện tử: Đơn vị này được sử dụng trong điện tử để điều khiển các thiết bị, ví dụ như trong các hệ thống điều khiển tự động, hệ thống giám sát và điều khiển.(Van điều khiển điện tuyến tính, van điều khiển khí nén tuyến tính sử dụng tần số analog để đóng mở điều khiển)
• Trong lĩnh vực vật lý: Đây là một khái niệm quan trọng trong vật lý, giúp cho những hiện tượng sóng và âm thanh có thể được nghiên cứu và mô tả.

Tần số trong các lĩnh vực khoa học và cuộc sống

Tần số trong vật lý

Trong vật lý, tần số được định nghĩa là số chu kỳ hoặc số vòng lặp của một sự kiện dao động hoặc quay trong một đơn vị thời gian nhất định. Và nó được đo bằng đơn vị Hz (hertz) hoặc Hz^-1 (lần/giây).

Các ứng dụng của nó trong vật lý rất đa dạng, bao gồm:

• Sóng âm: Trong âm thanh, đây là khái niệm được sử dụng để mô tả cao độ và độ trầm của âm thanh. Tần số thấp tương ứng với âm thanh trầm, còn nếu như tần số ở mức cao tương ứng với âm thanh cao.
• Sóng ánh sáng: Trong quang học, nó  được sử dụng để mô tả bước sóng của ánh sáng. chỉ số này càng cao thì bước sóng càng ngắn và ánh sáng càng có tính chất của tia X, còn ngược lại  thấp thì  bước sóng càng dài và ánh sáng càng có tính chất của sóng vô tuyến.
• Dao động cơ học: Được sử dụng để mô tả dao động của các vật rắn, chất lỏng và khí. Ví dụ: dao động của một lò xo, dao động của một trục quay.
• Điện từ: Nó được sử dụng để mô tả sóng điện yên từ vena các tín hiệu điện trong mạch điện. Ví dụ: sóng radio, của tín hiệu điện trong một bộ điều khiển tuyến tính(Bộ điều khiển điện tuyến tính, bộ điều khiển khí nén tuyến tính…)
• Vật liệu: Ngoài ra nó còn được sử dụng để mô tả các tính chất của các vật liệu, chẳng hạn như chỉ số rung của các phân tử trong chất rắn.

Tần số trong lĩnh vực điện tử

Trong điện tử, tần số là một khái niệm quan trọng và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Các ứng dụng điện tử có thể bao gồm:

• Điều khiển: Trong điện tử, được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử, chẳng hạn như vi điều khiển, mạch PLL, mạch đồng bộ, mạch xung động.
• Truyền thông: Tần số được sử dụng để truyền thông tin giữa các thiết bị điện tử. Ví dụ:  sóng radio,  sóng truyền hình, của tín hiệu điện thoại.
• Điện tử tiêu dùng: Nó được sử dụng để mô tả các thiết bị điện tử tiêu dùng, chẳng hạn như tivi, máy tính, loa, tai nghe.
• Điện tử công nghiệp: Được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử trong các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như hệ thống điều khiển máy móc, hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất.
• Thông tin số: Trong công nghệ thông tin số, được sử dụng để mã hóa thông tin và truyền thông qua các kênh truyền khác nhau.

Trong lĩnh vực điện tử, nó được đo bằng đơn vị Hz (hertz) hoặc kHz (kilohertz), MHz (megahertz), GHz (gigahertz) và thường được thể hiện bằng các ký hiệu như Hz, kHz, MHz, GHz. Các Trị số cao hơn thường được sử dụng trong các ứng dụng có tần số cao hơn, chẳng hạn như truyền thông, trong khi các tần số thấp hơn thường được sử dụng trong các ứng dụng có tần số thấp hơn, chẳng hạn như điều khiển tín hiệu

Tần số trong các lĩnh vực khác

Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật mà chúng tôi đã phân tích ở trên, việc sử dụng tần số để làm giá trị đo đạc, đếm…thì nó còn xuất hiện rất nhiệu trong các lĩnh vực khác nhau. Có thể kể đến như sau:

• Âm nhạc: Trong âm nhạc, nó là đại lượng dùng để đo lường của âm thanh và được đo bằng đơn vị hertz (Hz). Tần số cao tương ứng với âm thanh cao, Tần số thấp tương ứng với âm thanh thấp.
• Y học: Được sử dụng trong y học để đo nhịp tim,  sóng não,  hô hấp và các chỉ số khác liên quan đến chức năng sinh lý của cơ thể.
• Khoa học dữ liệu: Trong khoa học dữ liệu, tần số được sử dụng để phân tích dữ liệu và tìm ra các mẫu xuất hiện thường xuyên.
• Truyền thông: Trong truyền thông, nó được sử dụng để đo sóng radio, sóng truyền hình,  sóng WiFi, và nhiều loại sóng khác để truyền tải thông tin từ một điểm đến một điểm khác.
• Điều khiển tự động: Trong điều khiển tự động, Tần số được sử dụng để đo mức dao động của bộ lọc và các tín hiệu điều khiển khác.
• Định vị: Trong định vị, nó được sử dụng để đo sóng radio của GPS và các hệ thống định vị khác để xác định vị trí của một đối tượng đó
• Cơ khí: Tần số được sử dụng để đo dao động của các bộ phận máy móc và xác định các vấn đề kỹ thuật khác liên quan đến dao động và rung động.

Trên đây Thiết Bị Điện Goldsun đã tổng hợp các thông tin về tần số là gì giúp cho quý bạn đọc cung cấp các kiến thức cần thiết để áp dụng cho công việc và học tập.