Единицы измерения физических величин в компьютерной технике

Добрый день, друзья!

Сегодня мы отступим немного от «железного потока» и поговорим о вещах не менее интересных. О единицах измерения физических величин.

Наш физический мир, в котором мы пребываем, устроен весьма сложно и разнообразно. Множество ученых всех времени народов пытались познать его, открывая попутно многие законы — не обязательно после того, как им падало на голову яблоко. Для описания и понимания этих законов требовались разного рода единицы и константы.

В результате этих изысков появились так близкие и понятные нам метр, литр, вольт, ампер, ватт и другие. Шло время, наука развивалась не только в теоретическом, но и в практическом направлении, что выражалось в появлении новых видов техники. По сути — разного рода «железок». Постепенно стало тесно в рамках основных физических единиц.

Придумали множество различных приставок, как уменьшающих, так и увеличивающих эти единицы. И теперь, оперируя такими уже привычными названиями, мы знаем, что миллилитр — это практически ничего, а литр — кое-что 🙂 Миллиметр — это мало, а километр — много. Но нас интересуют эти физические величины не сами по себе, а применительно к компьютерным «железкам». Посмотрим чуть более подробно на

 Литр

При этом вспоминаются струйные принтеры  с их печатающими головками.

Изображение в струйном принтере получается из микроскопических цветных капелек чернил, которыми головка «плюет» на бумагу.

Размер этих капелек определяется объемом сопловой камеры, где перед «плевком» накапливаются чернила.

В настоящее время у лучших моделей объем камеры доведен до единиц пиколитров (пл). Одни пиколитр — это десять в минус двенадцатой степени литра. Это невообразимо мало! Самая малая «вменяемая» часть объема (то, что можно «пощупать») — это миллилитр или «кубик» в шприце.

Если разделить этот кубик на тысячу частей, получим микролитр или десять в минус шестой степени литра. Теперь, если этот микролитр разделить еще на миллион частей, получим пиколитр.

Чернила вылетают из узких отверстий — сопел (nozzle), диаметр которых намного меньше миллиметра.

Один миллиметр (мм) — это тысячная доля метра (м). Диаметр сопла доведен до двух-трех десятков микрометров (мкм) или микрон. 1 мкм это десять в минус шестой степени метров. Это меньше диаметра человеческого волоса, диаметр которого равен 50 — 100 мкм.

Чернила легко пересыхают в таких узких соплах, поэтому первое, что делает принтер после своего включения — выполняет прокачку чернил через сопла. Существует возможность выполнить очистку в любой нужный момент — либо с помощью кнопок на передней панели, либо с помощью драйвера принтера.

Популярное ныне слово «нанотехнологии» имеет в своем составе приставку «нано». Нано — это единица в минус девятой степени. Если применить эту приставку к объему сопла печатающей головки, по пиколитр в тысячу раз меньше чем нанолитр. Таким образом, нанотехнологии давно проникли в струйную печать.

 Метр

А вот величина нанометр (нм) имеет прямое отношение к компьютерной технике. В приводах CD, DVD, Blue Ray дисков используется маломощный лазер с длиной волны  порядка нескольких сотен нанометров. Кстати говоря, длина волны видимого света находится в пределах от 380 до 780 нм.

Диск  имеет на свое информационной поверхности спиральную канавку с микроскопическими выступами и впадинами на дне, сравнимыми с диной волны лазера. Эти выступы и впадины покрыты металлическим отражающим слоем. Считывание данных осуществляется маломощным лазером, луч которого, отражаясь от выступов и впадин, попадает в фотоприемник.

В CD приводах длина волны составляет величину 780 нм, в DVD — 650 нм. Соответственно, величина выступов и впадин на DVD диске меньше, т. е. информация на нем упакована более плотно. Емкость CD диска — 700-800 Mb, диска DVD (одностороннего однослойного) — 4,7 Gb, т.е. в несколько раз больше. В приводах Blue Ray применяется лазер с еще меньшей длиной волны — 450 нм. Поэтому Blue Ray диски обладают еще большей емкостью.

Современные приводы могут и записывать информацию на диск (специальные записываемые «болванки»).

Для записи используется тот же лазер, но с большей мощностью излучения. Система управления управляет током через лазерный излучатель, меняя мощность излучения.

Отметим, что в многократно перезаписываемых «болванках» используется специальное отражающее покрытие из сплава нескольких металлов. Этот сплав может находиться в двух состояниях — аморфном и кристаллическом. Коэффициент отражения лазерного луча для этих двух состояний существенно различен.

Переход из одного состояния в другое происходит при локальном нагреве лазерным лучом. Нагрев может достигать величины в несколько сот градусов, но, так как он очень локальный и быстрый, никакого дыма и огня, естественно, не бывает.

 Вольт

Вольт, ампер, ватт — электрические величины, которые названы по фамилиям ученых, их обосновавших.

Эти величины имеют непосредственное отношение к компьютерам и периферийным устройствам. Ведь все они питаются электрическим напряжением. В сетевых розетках, имеющихся во множестве в наших домах, присутствует переменное напряжение 220 — 230 В, которое вырабатывается в генераторах электростанций.

В Америке и некоторых других странах соблюдается другой стандарт. При этом номинальное напряжение имеет величину 110 — 115 В. Лет 15 — 20 назад, когда начались поставки импортной компьютерной техники, многие устройства были рассчитаны именно на этот стандарт. При подключении их к нашим розеткам наблюдались световые, звуковые и пиротехнические эффекты. После чего техника приказывала долго жить. Бывало грустно, но зато теперь есть что вспомнить 🙂

Из переменного сетевого напряжения блок питания компьютера (или периферического устройства) вырабатывает несколько постоянных напряжений различной величины. В компьютерных блоках питания присутствуют напряжения +3,3 В, +5 В, +12 В. В блоке питания струйного принтера — +5 В и +25 — 35 В.

Литиевая батарейка, установленная на материнской плате своим напряжением +3 В питает микросхему, которая хранит настройки BIOS (конфигурацию) компьютера.

Все вышеупомянутые напряжения безопасны для жизни. С ростом величины напряжения опасность поражения электрическим током возрастает.

Сетевое напряжение 220 В уже опасно для жизни. В старых мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) на анод кинескопа подавалось +25-27 киловольт (кВ)! Ток при этом был очень небольшой, но шок можно было получить… В современных LCD мониторах используется постоянные напряжения +5 В для питания микросхем и несколько сотен вольт для поджига и горения ламп подсветки.

Используются лампы с холодным катодом (CCFL). При этом на электроды лампы сначала подается повышенное напряжение для пробоя воздушного промежутка. В лампе возникает тлеющий разряд и ультрафиолетовое излучение. Под его воздействием люминофор на стенках  лампы начинает излучать белый свет.

В последние годы появилась и светодиодная подсветка. При этом на светодиоды подается напряжение в несколько вольт.

Это и безопасно, и долговечно. Кстати говоря, индикаторы на передней панели и компьютера, и периферийных устройства в большинстве случаев — светодиодные. Это и красиво, и экономично.

В заключение скажем, что ввиду того, что постоянные напряжения получаются из переменного, в них есть «остатки» от переменного (так называемые пульсации). Их величина может достигать десятков или сотен милливольт. Чем эта величина ниже, лучше. Увидеть пульсации можно на экране осциллографа.

Во второй части статьи мы рассмотрим их величества Ампер и Ватт.

Не пропустите!

Всего наилучшего!

 

8 класс. Напряжение. Вольтметр. Измерение напряжения

Подробности

Просмотров: 298

Назад в «Оглавление» — смотреть

Напряжение

1. Какой опыт доказывает, что работа тока зависит не только от силы тока, но и от напряжения?

Надо взять два источника тока с различным напряжением.
При подключении к каждому из них одинаковых лампочек видно, что Лампочка, подключенная к источнику тока с большим напряжением на выходе, она при одинаковой силе тока будет гореть в одном случае ярче.

2. Что такое электрическое напряжение?

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создает ток.

Что показывает напряжение?

Электрическое напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного электрического заряда из одной точки в другую.

3. Как можно определить напряжение через работу тока и электрический заряд?

Напряжение U можно определить как отношение работы тока (А) на данном участке к электрическому заряду (q), прошедшему по этому участку.

U = A/q.

Единицы измерения напряжения

1. Что принимают за единицу напряжения?

За единицу напряжения 1 В (1 Вольт) принимают такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж.

1 В = 1 Дж/Кл.

2.

Какое напряжение используют в осветительной сети?

Напряжение в осветительной сети равно 127 или 220 В.

3. Чему равно напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?

Напряжение на полюсах сухого элемента равно 1,5 В.
Напряжение на полюсах кислотного аккумулятора равно 2 В.

4. Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?

На практике кроме вольта применяются: милливольты и киловольты.

1 мВ = 0,001 В;
1 кВ = 1000 В.

Вольтметр. Измерение напряжения

1. Как называют прибор для измерения напряжения?

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром.

2. Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?

У одного зажима вольтметра стоит знак «+», а у другого «-«.
Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение.
Включение вольтметра называют параллельным.
«+» вольтметра надо обязательно соединять с проводом, идущим в цепи от положительного полюса источника тока.
«-» вольтметра надо обязательно соединять с проводом, идущим в цепи от отрицательного полюса источника тока.

Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону.

3. Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?

Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр подключают непосредственно к зажимам источника тока с учетом полярности:
«+» вольтметра к «+» источника тока,
«-» вольтметра к «-» источника тока.

4. Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?

Сила тока, проходящего через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи, поэтому вольтметр почти не изменяет напряжение между теми точками, к которым его подключают.

Назад в «Оглавление» — смотреть

(i) Вольт(ii) Кулон(iii) Ом(iv) Ампер

Дата последнего обновления: 25 декабря 2022 г.

Проверено

183,9 тыс.+ просмотров

Подсказка: Нам дали разные единицы измерения и попросили найти их соответствующие физические величины. Прежде всего, дадим стандартное определение этих единиц. Например, мы будем использовать определение 1 Вольта, чтобы найти его стандартную физическую величину. Кроме того, мы будем использовать наиболее распространенную физическую величину для конкретной единицы в качестве нашего ответа.

Полный ответ:
Мы начнем с решения первой задачи нашего вопроса, а затем будем двигаться дальше. Это делается следующим образом:
(i) Вольт: 1 Вольт определяется как электрический потенциал, генерируемый между двумя точками, когда 1 Ампер тока генерирует 1 Вт мощности между этими двумя точками.
Поэтому физическая величина, единицей измерения которой является вольт, известна как «электрический потенциал».
(ii) Кулон: 1 Кулон определяется как количество электрического заряда, переносимого чисто проводящим проводом с током в 1 Ампер за период времени в 1 секунду.
Поэтому физическая величина, единицей измерения которой является кулон, известна как «электрический заряд».
(iii) Ом: 1 Ом определяется как электрическое сопротивление, обеспечиваемое цепью, когда цепь подключена к напряжению 1 Вольт и через нее протекает ток 1 Ампер.
Поэтому физическая величина, единицей измерения которой является Ом, известна как «электрическое сопротивление».
(iv) Ампер: 1 Ампер определяется как электрический ток, протекающий по цепи, когда цепь подключена к напряжению 1 Вольт, а сопротивление этой цепи равно 1 Ом.
Таким образом, физическая величина, единицей измерения которой является ампер, известна как «электрический ток».

Примечание:
Основные определения всех единиц очень важны, и их следует тщательно запомнить. Эти определения используются при выводе новых формул и доказательстве гипотез. Они также используются для установления связи между двумя неизвестными величинами, например, мы использовали ом для установления связи между напряжением и током.

Недавно обновленные страницы

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом Химия класса 11 JEE_Main

Высокоэффективный способ получения бериллия 11 класса по химии JEE_Main

Какой из перечисленных сульфатов имеет наибольшую растворимость 11 класс по химии JEE_Main

Среди металлов Be Mg Ca и Sr 2 группы 11 класса по химии JEE_Main

Который из следующих металлов присутствует в химическом классе 11 зеленого цвета JEE_Main

Для предотвращения окисления магния в электролитическом химическом классе 11 JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А химический класс 11 JEE_Main

Высокоэффективный способ получения бериллия 11 класса по химии JEE_Main

Какой из перечисленных сульфатов имеет наибольшую растворимость 11 класс по химии JEE_Main

Среди металлов Be Mg Ca и Sr 2 группы 11 класса по химии JEE_Main

Который из следующих металлов присутствует в зеленом химическом классе 11 JEE_Main

Для предотвращения окисления магния в электролитическом химическом классе 11 JEE_Main

Актуальные сомнения

философия физики — Что такое физическая величина в науке?

Определение «физической величины» зависит от используемого контекста.

Для классической физики это то, что можно измерить. А для этого требуется определение «меры». Измерить вещь — значит установить отношение с эталоном измерения.

В предыдущие эпохи эталоном могло быть собственное тело. Или тело какого-нибудь известного человека, например короля. Отсюда, вероятно, источник таких стандартов, как «одна нога». Можно установить взаимосвязь, измеряя расстояние и подсчитывая количество длин фута на расстоянии, которое нужно измерить. Это не было бы особенно точным и было бы различным для разных размеров стопы.

Такие стандарты были формализованы, например, в метрической системе. Были созданы стандартный метр, стандартный килограмм и различные другие стандарты. Целью их было установить средство, с помощью которого разные наблюдатели могли бы договориться о том, что такое стандарт, и, таким образом, договориться о том, каково было измеренное значение. Современные стандарты основаны на нашем понимании таких вещей, как относительность. Таким образом, у нас есть стандартная секунда, определяемая в терминах вибраций конкретного атома, и стандартный метр, определяемый как расстояние, которое свет проходит за определенное время.

Чтобы установить взаимосвязь измерений, мы берем измеряемую физическую вещь и находим способ, с помощью которого мы можем показать, что она кратна эталону. Например, для измерения массы мы устанавливаем, что испытуемый объект в Х раз превышает массу стандартного килограмма. X может быть любым неотрицательным действительным числом. Есть несколько способов добиться этого. Например, можно использовать весы баланса, основываясь на наблюдении, что балансиры следуют закону рычага. Итак, если наш тестовый объект балансирует в 1,7 раза дальше от точки опоры, чем стандартный килограмм, мы заключаем, что наш тестовый объект весит 1,7 кг.

Аналогичные процессы будут применяться для других стандартов. Эталон длины позволит измерять расстояния. И так далее. В некоторых случаях мы будем использовать комбинации стандартов для установления комбинированных физических измерений. Скорость, например, требует измерения расстояния и времени. В каждом случае мы будем устанавливать связь с эталоном измерения.

Две важные особенности физических величин этого типа заключаются в следующем.

• У них есть физические единицы. Они установлены стандартом. Измерения массы даны в стандартных единицах измерения, например, в килограммах.
• Они не совсем точны. То есть они конечно точны и имеют некоторую степень неопределенности.

Выполняется подсчет перекрывающихся средств измерения. Это относится к наборам элементов, которые чем-то похожи, что в контексте считается более важным, чем любые различия.

Обычная ситуация, когда это применимо, — подсчет колебаний в каком-либо таком веще, как вращающееся колесо. Если предположить, что колесо вращается с постоянной скоростью, имеет смысл подсчитать колебания, чтобы определить частоту. Временная часть этого измерения по-прежнему измеряется, как и раньше, путем установления связи со стандартом времени. Колебания просто подсчитываются. Источники ошибок здесь обычные для стандарта. Плюс новый тип с возможностью неточности в счете.