Tất tần tật những thông tin có liên quan đến tần số là gì?

Tần số là gì có lẽ là cụm từ không còn quá xa lạ với nhiều người. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu rõ về tần số. Vậy định nghĩa chính xác tần số là gì? Theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu rõ hơn nhé!

Tần số là gì?

Tần số là số lần lặp lại của một hiện tượng trên một đơn vị thời gian. Để tính tần số, ta chỉ cần chọn một khoảng thời gian, đếm số lần xuất hiện của hiện tượng trong khoảng thời gian ấy. Sau đó chia số này cho khoảng thời gian đã chọn. Như vậy đơn vị đo tần số là nghịch đảo của đơn vị đo thời gian. Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo tần số là Hz. 1 Hz cho biết tần số lặp lại của sự việc đúng bằng 1 lần ở trong mỗi giây:

1Hz = 1/s

Tần số trong tiếng anh được gọi là Frequency. Và trong một vài trường hợp thì tần số còn được gọi với tên khác là Pules. Một số  đơn vị khác của tần số có thể kể đến như: 

• Số vòng quay một phút (rpm) (revolutions per minute): Được dùng cho tốc độ động cơ…
• Số nhịp đập một phút (bpm) (beats per minute): Được dùng cho nhịp tim, nốt nhạc trong âm nhạc…

Những khái niệm có liên quan

• Hertz (Hz): 1 hertz bằng một chu kỳ mỗi giây.
• Chu kỳ: Là một làn sóng hoàn chỉnh của dòng điện xoay chiều hoặc điện áp.
• Luân phiên: Là một nửa chu kỳ.
• Thời gian: Là thời gian cần thiết để tạo ra một chu kỳ hoàn chỉnh của dạng sóng.
• Tần số âm thanh: 15 Hz – 20 kHz (phạm vi thính giác của con người).
• Tần số vô tuyến: 30-300 kHz.
• Tần số thấp: 300 kHz – 3 megahertz (MHz).
• Tần số trung bình: 3 – 30 MHz.
• Tần số cao: 30 – 300 MHz.
• Tần số thường được sử dụng dùng để mô tả hoạt động thiết bị điện. Một số dải tần suất phổ biến là:
  • Tần số dòng điện (thường là 50 Hz hoặc là 60 Hz).
  • Các ổ đĩa biến tần sẽ thường sử dụng tần số sóng mang 1-20 kilo hertz (kHz).
  • Mạch và thiết bị thường được thiết kế để hoạt động ở một tần số cố định hoặc biến đổi.

Một số công thức tính tần số

Nếu bước sóng được cho ở dạng là nanomet thì bạn cần đổi sang đơn vị chuẩn là mét bằng cách lấy giá trị đó chia cho số nanomet ở trong một mét. Còn nếu nếu bước sóng ở dạng micromet thì bạn cần chuyển đổi về đơn vị mét bằng cách lấy giá trị đó chia cho số micromet có trong một mét.

Chú ý, khi giá trị bạn đang xử lý rất bé hoặc là rất lớn, thì cần phải chuyển giá trị đó về dạng số liệu khoa học chuẩn để giúp việc tính toán được dễ dàng hơn.

Công thức tính tần số: Dựa vào bước sóng

Công thức tính tần số dựa vào bước sóng như sau:

f = V / λ

Trong đó ta có:

• V là vận tốc sóng;
• f  là tần số;
• λ là bước sóng.

Công thức tần số: Tần số sóng điện từ trong chân không

Công thức tính tần số sóng trong chân không cũng sẽ giống với công thức tính trong môi trường ngoài chân không. Tuy nhiên, ở trong môi trường chân không thì vận tốc sóng sẽ không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài khác. Chính vì thế nên vận tốc sóng điện từ trong trường hợp này sẽ bằng so với vận tốc ánh sáng. Do đó, công thức tính sẽ là:

f = C / λ

Trong đó:

• C là vận tốc ánh sáng;
• f là tần số;
• λ là bước sóng.

Công thức tính tần số: Dựa trên thời gian hoặc chu kỳ

Công thức tính tần số dựa trên thời gian hoặc chu kỳ là:

f = 1 / T

Trong đó:

• f là tần số;
• T là chu kỳ thời gian hay là lượng thời gian cần để chúng hoàn thành một dao động.

Thông thường thì đề bài sẽ cho ta khoảng thời gian cần thiết để hoàn thành một dao động. Và trong trường hợp này, ta chỉ lấy nghịch đảo của chu kỳ thời gian. Nếu chu kỳ thời gian có sẵn là chu kỳ của nhiều dao động thì bạn cần lấy số dao động chia cho tổng chu kỳ thời gian để có thể hoàn thành được tất cả các dao động đó.

Công thức tính tần số: Dựa trên tần số góc

Khi đã biết được tần số góc của một sóng, để tính tần số chuẩn của sóng đó thì ta áp dụng công thức sau:

f = ω / (2π)

Trong đó:

• ω là tần số góc;
• f là tần số chuẩn;
• π là một hằng số.

Ví dụ về tần số

Ánh sáng

Ánh sáng khả kiến ​​là sóng điện từ bao gồm các trường điện và từ trường dao động ở trong không gian. Tần số của sóng là cách xác định màu sắc của nó. Một số sóng phổ biến có thể kể đến như sóng điện từ, bức xạ hồng ngoại, vi sóng hay sóng vố tuyến. Một sóng điện từ có thể có tần số nhỏ hơn 4×10^∧14 Hz. Ở tần số thấp hơn thì sóng được gọi là lò vi sóng. Còn nếu ở tần số thấp hơn nữa thì được gọi là sóng vô tuyến. Sóng tần số cao hơn thì được gọi là tia X. Và ở tần số cao hơn nữa thì gọi là tia gamma.

Âm thanh

Âm thanh lan truyền như sóng rung động cơ học của áp suất và chúng sẽ dịch chuyển trong không khí hoặc các chất khác. Các thành phần tần số của âm thanh xác định “màu” và âm sắc của nó. Dải tần số âm thanh cho con người thường được đưa ra là trong khoảng giữa 20 Hz và 20 kHz, mặc dù là giới hạn tần số cao thường giảm theo độ tuổi. Tần số dòng điện xoay chiều trong sinh hoạt ở Việt Nam và ở Châu Âu thông thường sẽ là 50 Hz. Còn ở Bắc Mỹ sẽ là 60 Hz.

Tần số quét màn hình là gì?

Cụm từ “tần số quét” được xuất hiện khá nhiều trong các thông số kỹ thuật của các thiết bị điện tử có dạng màn hình ví dụ như tivi, smartphone, laptop, máy tính bảng…Và dĩ nhiên dù là màn hình LCD hay là màn hình LED cũng đều có tần số quét cả nhé, chỉ là có ít hay nhiều thôi.

Tần số quét của màn hình là lượng khung hình có thể chạy trong thời gian là một giây. Có thể chúng ta đã biết các đoạn phim sẽ được phát thông qua việc lật khung hình. Lượng khung hình được lật càng nhiều và càng nhanh thì sẽ giúp cho chất lượng video được tốt hơn. Bên cạnh đó thì chuyển động trong video cũng sẽ mượt mà hơn rất nhiều. Giả sử  có các loại tần số quét màn hình như 60Hz, 120Hz, 144Hz… thì điều này có nghĩa là các loại màn hình này sẽ có số khung hình chạy lần lượt là 60, 120, 144… trong thời gian trên một giây.

Tần số âm thanh nghe được là gì?

Âm thanh là một dạng năng lượng được cảm nhận bởi thính giác thông qua việc cảm nhận sóng lan truyền ở trong không gian và được nhận với màng nhĩ. Thông thường thì con người có thể nghe được âm thanh trong khoảng từ 20 – 20000HZ. Và dãy tần này sẽ có một số đặc điểm sau:

• Tần số dưới 20Hz được gọi là hạ âm. Đặc điểm của hạ âm là chúng ta có thể cảm nhận được mức tần số này nhưng không thể nghe được chúng.
• Tần số trên 20000Hz được gọi là siêu âm. Đặc điểm của siêu âm là chúng ta có thể cảm nhận được mức tần số này nhưng vẫn không thể nghe được.
• Sẽ có một số người đặc biệt có khả năng nghe được âm thanh trong khoảng từ 20 – 20000Hz và hơn cả thế. Lý do có thể là do cơ địa hoặc cũng có thể do cấu tạo màng nhĩ đặc biệt khiến họ có ngưỡng nghe cao hơn so với người bình thường.

Tần số dòng điện là gì?

Các thiết bị điện gia dụng hiện nay như nồi cơm, tivi, tủ lạnh, máy giặt, máy lạnh,… đều thường để thông số tở rên thiết bị là 220V – 60Hz hay 220V – 50HZ. Vậy ý nghĩa của những thông số này là gì? Tại Việt nam, mạng lưới điện sử dụng dân dụng có tần số là 50Hz. Tức là với khoảng thời gian là 1/50s thì dòng điện sẽ quay về với trạng thái ban đầu của nó. Hay nói cách khác thì trong một giây dòng điện sẽ được lặp lại khoảng 50 lần. Đây là lý do vì sao khi chúng ta quan sát bóng đèn huỳnh quang thông qua camera điện thoại thì sẽ thấy chúng chớp chớp.

Tần số dòng điện 1 chiều

Biên độ của dòng điện một chiều sẽ có một đường thẳng có cường độ không thay đổi theo thời gian. Bên cạnh đó thì chúng sẽ đi theo một hướng nhất định nào đó. Vì thế nên tần số của dòng điện một chiều sẽ có giá trị là bằng 0. Các ứng dụng của dòng điện một chiều có thể kể đến như ắc quy, pin dùng để khởi động ô tô, chiếu sáng, các thiết bị lập trình tín hiệu ở trong công nghiệp…

Tần số dòng điện xoay chiều

Biên độ của dòng điện xoay chiều có hình dáng là một hình sin di chuyển đối xứng với nhau với một nửa chu kì dương và nửa chu kì âm. Chính vì thế nên chúng ta sẽ có tần số dòng điện xoay chiều là khác 0. Tại Việt Nam có 2 dạng tần số dòng điện chính là 50Hz và 60Hz. Tương tự thì với tần số dòng điện 60Hz, với khoảng thời gian là 1/60s thì dòng điện sẽ quay trở về trạng thái ban đầu của nó. Hay nói cách khác thì trong một giây dòng điện sẽ được lặp lại khoảng 60 lần.

Cách để phân biệt tần số 50Hz và 60Hz

• Tần số 60Hz có tốc độ nhanh hơn 50Hz. Vì thế nên các thiết bị cần được bảo vệ tốt hơn và có các thiết bị đóng cắt nhanh hơn.
• Moment của dòng điện có tần số 60Hz và 50Hz cũng có sự khác nhau. Cụ thể thì trong 1s thì giá trị hiệu dụng của 60Hz sẽ cao hơn 50Hz.
• Đối với động cơ và máy phát thì chúng sẽ phải chạy nhanh hơn. Lúc này thiết kế sẽ đắt tiền hơn do phải tính toán lực ly tâm và lực ma sát cao hơn.
• Đối với đường dây truyền tải và phân phối: Trở kháng (Zr) đường dây sẽ tăng hơn khoảng 20%, nên sụt áp sẽ cao hơn. Dung kháng (Zc) đường dây sẽ giảm 20%. Chính vì thế ảnh hưởng lên lưới điện sẽ mạnh mẽ hơn. Hiệu ứng bề mặt tăng nên yêu cầu thiết diện dây cũng phải lớn hơn.
• Đối với máy biến áp thì sự cân đối giữa đồng và thép sẽ khác rất nhiều đi. Giảm được thép, giảm được khối lượng đồng nhưng không đồng nghĩa với việc giảm được diện tích cửa sổ. Chính vì thế tổng trở máy biến áp sẽ thay đổi. Từ thông tản sẽ tăng lên. Ưu điểm là hệ 60 Hz sẽ tiết kiểm được một ít vật tư nguyên liệu, các chi phí chế tạo các thiết bị điện. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất là sẽ bị tổn thất điện áp trên đường dây nhiều hơn. Lý do vì khi f tăng thì XL cũng tăng theo. Khi đó tổn thất trên đường dây sẽ tăng.
• Các động cơ 60Hz sẽ phải chạy với tốc độ cao hơn nếu chạy 50 Hz. Do đó hệ thống cơ khí phải thiết kế tốt hơn và đắt tiền hơn.

Thiết bị ghi 220V-60Hz có dùng cho dòng điện 220V-50Hz được không?

Câu trả lời là: “Có”.

Nhưng sẽ có 2 vấn đề nảy sinh như sau:

• Thiết bị không hoạt động hết công suất 100% mà chỉ đạt mức 83.3%.
• Thiết bị sẽ nóng hơn và không chạy đúng tần số được thiết kế. Trong khi đó vẫn đủ điện áp cấp vào.

Một motor có tần số là 220V/60Hz được dùng trong hệ thống điện 220V/50Hz thì nó vẫn sẽ hoạt động được tốt khi tải thấp. Nhưng khi tải nặng thì hoạt động sẽ không đủ công suất thiết kế. Và tất nhiên thì motor sẽ nóng hơn rất nhiều so với khi sử dụng tần số 60Hz. Vì thế việc dùng thiết bị đúng với tần số của lưới điện là vô cùng quan trọng.

Tại sao Việt Nam lại dùng tần số 50Hz mà không phải là 60Hz

Thứ 1: Do “Lịch sử “để lại. Tần số 60Hz được sử dụng tại Mỹ và Nhật với hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên lại tốn vật liệu chế tạo hơn. Việt Nam theo chế độ XHCN ở Đông Âu được hỗ trợ về thiết bị – kỹ thuật của họ và tất nhiên một điều là họ sử dụng tần số 50Hz.

Thứ 2: Trên thế giới đại đa số các nước đều dùng lưới điện 50Hz. Chính vì thế nên việc nhập khẩu các thiết bị điện sẽ dễ dàng tương thích với nhau hơn.

Thứ 3: Đối với tần số 60Hz thì thiết bị phải có sự cách điện cao hơn, tốn chi phí cách điện nhiều hơn.

Thứ 4: Các động cơ cũng như máy phát điện phải chạy nhanh hơn.

Thứ 5: Trong tuyền tải và phân phối điện năng thì nếu trở kháng đuờng dây tăng 20% sẽ dẫn đến sụt áp cao hơn. Trong khi đó dung kháng đường dây giảm 20% nên ảnh hưởng rất nhiều lên lưới điện và tiết diện dây cũng phải lớn hơn so với tần số 50Hz.

Thứ 6: Trong truyền tải điện năng thì dòng điện 220V/50Hz sẽ tiết kiệm hơn. Điện áp càng cao thì sự sụt giảm càng thấp. Hệ thống 110V/60Hz an toàn hơn về điện áp nhưng lại không được sử dụng dây tiếp địa.

Khi xảy ra chạm pha thì các thiết bị bảo vệ không tác động vì không xảy ra ngắn mạch. Tuy nhiên, đối với điện 110V/60Hz lại an toàn hơn về điện áp. Khi sự cố xảy ra thì 1 pha nóng sẽkhông bị tác động vì chúng ta đứng dưới đất mà của hệ thống lại không nối đất.

Đối với điện áp 220V/50Hz tuy có sự nguy hiểm hơn về điện áp. Nhưng khi chạm pha thì các thiết bị bảo vệ sẽ hoạt động ngay tức khắc vì 1 pha NÓNG chạm đất sẽ xảy ra ngắn mạch.

Kết luận

Trên đây là toàn bộ các thông tin liên quan đến tần số là gì mà thietbikythuat muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng bài viết mang tới cho bạn đọc nhiều thông tin hữu ích. Chúng tôi cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết và chúc bạn luôn vui vẻ, thành công và hạnh phúc trong công việc cũng như trong cuộc sống!