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헤르츠
헤르츠(Hertz, ㎐)는 전파를 비롯한 모든 파장의 진동수의 단위이다. 주기적 현상에 있어서 같은 위상이 1초 동안에 몇 회나 돌아오는가를 보이는 수로, 사이클(Cycle)과 같다.[1]
목차
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 지속해서 반복하여 보일 때 초당 이러한 반복 운동이 일어난 횟수를 말한다. 이 단위는 모든 주기적으로 반복되는 것에 쓰일 수 있다. 일상생활에서 헤르츠 단위를 주로 접하는 경우는 라디오나 텔레비전 방송의 주파수, 컴퓨터 CPU(central processing unit)의 클럭 주파수 등을 언급할 때이다.[2]
역사
헤르츠의 역사는 1930년 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission)가 모든 파장의 주파수 단위에 헤르츠의 이름을 붙였다. 그리고 1960년 국제도량형총회(General Conference on Weights and Measures)에서 정식으로 국제단위로 승인되며 이전에 사용되던 초당 사이클(Cycle per second, CPS)를 대체했다.[3]
인물
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. 헤르츠는 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)의 이론을 실험적으로 증명하는 문제에 관심을 가지고, 전자기파를 만들어서 검출하는 프로젝트를 시작했다. 당시 19세기 중반 일부 학자들로부터 전자기 현상을 수학적으로 나타내 보인 맥스웰 방정식은 특히, 독일 학계에서 부정적인 태도를 보였다. 독일 학자들은 우주가 어떤 물질로 꽉 차 있어서 그 물질이 빛 또는 전자기파의 매질 역할을 하지 않는다면 빛은 파동일 수 없다고 생각했고, 또 전자기력은 파동이 아니며 순간적인 작용 때문에 전달되는 것이라고 주장했다.[4]
헤르츠 실험
헤르츠의 실험은 전원을 켜면 코일에 전류가 흐르고 이 상태에서 다시 전원을 끄면 진동이 발생하게 되고, 그러면 방전 전극 사이에 불꽃이 튀면서 전자기파가 공중으로 퍼져나간다. 이는 검출기에 도달해 그 끝의 두 개의 원 사이에도 전기불꽃이 발생하게 된다. 특정한 위치에서만 전기불꽃이 발생한다는 것은 그 위치가 송신된 전자기파의 피크(peak)에 해당하는 지점이라는 의미이며, 헤르츠는 이 실험을 통해 전자기파의 형태를 가지고 공간으로 퍼져가는 것을 증명했다.[5]
등급
헤르츠 등급[6] 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[6] 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.[6]
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 AM은 음성 정보를 변환해서 전파에 올리는 방법에서 차이가 날 뿐 명시된 주파수를 사용한다는 공통점이 있다. 라디오 전파의 주파수는 300kHz에서 3,000kHz를 사용한다.[7]
컴퓨터 처리
컴퓨터 처리에서, CPU의 클럭은 헤르츠를 나타내고, 처리속도로써, 1초 동안 파장이 움직이는 시간을 의미한다. 클럭은 일 초당 CPU 내부에서의 얼마만큼 작업을 처리하는지를 주파수 단위로 측정하고, 클럭이 높을수록 높은 성능을 의미한다.[8] 컴퓨터 CPU 클럭을 얘기할 때 헤르츠 단위를 쓰는 이유는 CPU를 일정한 속도로 동작하기 위해서는 일정한 간격으로 전기적 펄스(pulse)를 공급받아야 하는데, 이 전기적 펄스가 초당 CPU에 공급되는 횟수라는 개념 때문이다.[2]
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 없어서 전 세계 모든 국가는 발전소에서 생산되는 전기가 일정 주파수를 유지하도록 규정하고 있다.[9]
표준 주파수
표준 주파수는 국가별 사용하는 기준이 각각 다르다. 이는 국가별 전압 및 콘센트를 통해서도 알 수 있다. 대한민국은 전압이 220V, 60헤르츠이지만, 유럽의 경우 대부분이 230V, 50헤르츠로 전압이 공급된다.[10] 세계적으로 상용되는 전기 주파수는 50헤르츠와 60헤르츠가 있고, 두 주파수 간에 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.[9]
전망
헤르츠의 전망은 6세대 이동 통신(6G) 상용화를 위한 테라헤르츠(THz)대역에서의 무선통신으로 가고 있다. 2020년 7월 기준 국내 5세대 이동 통신(5G) 보급률은 14.3%에 불과했지만, 삼성전자주식회사(Samsung Electronics)는 14일 차세대 6세대 이동 통신 비전을 제시하는 백서를 발표했다. 삼성전자의 백서에 따르면 6세대 이동 통신에서 속도는 5세대 이동 통신보다 50배 빠르며 최대 전송속도 1000Gbps에 이르고, 무선 지연시간은 10분의 1로 줄어들어 100μsec로 예상된다. 국내에서도 연구가 활발하며, 2030년까지 전세계적으로 테라헤르츠 엔지니어링 개발은 가속화될 것으로 보인다. 2020년 8월 23일 과학기술정보통신부(Ministry of Science and ICT)는 5세대 이동 통신과 테라헤르츠에 적용할 전파모델 국제표준을 추진한다고 밝혔다.[11] 이후, 2021년 삼성전자는 이동통신기술 분야 학술회의인 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)가 매년 주최하는 국제 크리켓 평의회(International Cricket Council, ICC)의 테라헤르츠 통신 워크숍에서 테라헤르츠 대역 무선통신 시연에 성공하였다. 이는 송신기와 수신기가 15m 떨어진 거리에서 6.2Gbps의 데이터 전송 속도를 확보한 것이다. 이번 시연에서 삼성전자는 지난해 6세대 이동 통신 백서에서 공유한 내용을 무선주파수 집적회로와 안테나, 베이스밴드(baseband) 모뎀(MODEM)까지 구성해 실시간 전송을 성공적으로 보여주었고, 6세대 이동 통신 상용화를 위한 기술적인 문제에 상당 부분을 극복하는 진전을 이뤘다.[12]
각주
- ↑ 〈Hertz〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 2.0 2.1 〈헤르츠〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 한국표준과학연구원, 〈(단위이야기) 무선 통신의 시대를 열다 '헤르츠'〉, 《네이버 블로그》, 2020-12-24
- ↑ 전기신문, 〈(16)전자기파의 발견 ‘하인리히 헤르츠〉, 《네이버 포스트》, 2018-08-31
- ↑ NRF 기초연구사업, 〈전자기파의 발견, 무선의 시대를 연 하인리히 헤르츠〉, 《네이버 블로그》, 2021-03-11
- ↑ 6.0 6.1 6.2 〈헤르츠〉, 《위키백과》
- ↑ 중학독서평설, 〈진동수를 나타내는 '헤르츠(Hertz)'〉, 《네이버 포스트》, 2019-09-17
- ↑ 삼진네트웍스, 〈CPU의 역할 시스템 중앙제어처리 장치〉, 《네이버 블로그》, 2021-08-06
- ↑ 9.0 9.1 이승희 기자, 〈우리나라 주파수는 왜 60Hz일까?〉, 《전기저널》, 2020-09-09
- ↑ 키친애니몰공식blog, 〈각 국가별 전압 및 플러그 알아야 할 꿀팁!〉, 《네이버 블로그》, 2020-01-12
- ↑ 이호진 기자, 〈6G 시대에는 '테라헤르츠(THz)가 필수?〉, 《AI타임스》, 2020-08-30
- ↑ 선담은 기자, 〈삼성전자, 6G 상용화 ‘테라헤르츠 대역’ 무선통신 시연 성공〉, 《한겨레》, 2021-06-16
참고자료
- 〈Hertz〉, 《네이버 지식백과》
- 〈헤르츠〉, 《네이버 지식백과》
- 한국표준과학연구원, 〈(단위이야기) 무선 통신의 시대를 열다 '헤르츠'〉, 《네이버 블로그》, 2020-12-24
- 전기신문, 〈(16)전자기파의 발견 ‘하인리히 헤르츠〉, 《네이버 포스트》, 2018-08-31
- NRF 기초연구사업, 〈전자기파의 발견, 무선의 시대를 연 하인리히 헤르츠〉, 《네이버 블로그》, 2021-03-11
- 〈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
- 이호진 기자, 〈6G 시대에는 '테라헤르츠(THz)가 필수?〉, 《AI타임스》, 2020-08-30
- 선담은 기자, 〈삼성전자, 6G 상용화 ‘테라헤르츠 대역’ 무선통신 시연 성공〉, 《한겨레》, 2021-06-16
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