Работа переменного тока: Переменный ток

Работа и мощность переменного тока — Студопедия

Энергия, поставляемая источником электродвижущей силы во внешнюю цепь, испытывает превращения в другие виды энергии. Если в цепи имеется только активное сопротивление, то вся энергия превращается в тепло, выделяемое на сопротивлении . Между током и напряжением сдвиг фаз отсутствует. Кроме того, в течение малого промежутка времени переменный ток можно рассматривать как постоянный. Поэтому мгновенная мощность, развиваемая переменным током на сопротивлении:

Хотя ток и напряжение бывают как положительными, так и отрицательными, мощность, равная их произведению, всегда положительна. Однако она пульсирует, изменяясь от нуля до максимального значения с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока. На рис. 7.12 показана временная зависимость тока, напряжения и мощности переменного тока, выделяемой на активном сопротивлении. Ясно, что средняя передаваемая мощность меньше максимальной и равна половине максимальной мощности. Среднее значение и за период равно . Это можно объяснить следующим образом: , а за полный цикл среднее значение равно среднему значению . Поэтому среднее значение мощности будет равно

Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Как известно, потребляемая от источника переменного тока энергия складывается из двух составляющих:

1. Активной энергии

2. Реактивной энергии

1. Активная энергия — та часть потребляемой энергии, которая целиком и безвозвратно преобразуется приемником в другие виды энергии.

Пример: Протекая через резистор, ток совершает активную работу, что выражается в увеличении тепловой энергии резистора. Вне зависимости от фазы протекающего тока, резистор преобразует его энергию в тепловую. Резистору не важно в каком направлении течет по нему ток, важна лишь его величина: чем он больше, тем больше тепла высвободится на резисторе (количество выделенного тепла равно произведению квадрата тока и сопротивления резистора).

Реактивная энергия — та часть потребляемой энергии, которая в следующую четверть периода будет целиком отдана обратно источнику.

РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ

Известно, что в механической системе резонанс наступает при равенстве собственной частоты колебаний системы и частоты колебаний возмущающей силы, действующей на систему. Колебания механической системы, например колебания маятника, сопровождаются периодическим переходом кинетической энергии в потенциальную и наоборот. При резонансе механической системы малые возмущающие силы могут вызывать большие колебания системы, например большую амплитуду колебаний маятника.

В цепях переменного тока, где есть индуктивность и емкость, могут возникнуть явления резонанса, которые аналогичны явлению резонанса в механической системе. Полная аналогия – равенство собственной частоты колебаний электрического контура частоте возмущающей силы (частоте напряжения сети) – возможна не во всех случаях.

В общем случае под резонансом электрической цепи понимают такое состояние цепи, когда ток и напряжение совпадают по фазе, и, следовательно, эквивалентная схема цепи имеет место при определенном соотношении ее параметров r, L, C, когда резонансная частота цепи равна частоте приложенного к ней напряжения.

Резонанс в электрической цепи сопровождается периодическим переходом энергии электрического поля емкости в энергию магнитного поля и наоборот.

При резонансе в электрической цепи малые напряжения, приложенные к цепи, могут вызвать значительные токи и напряжения на отдельных участках. В цепи, где r, L, C соединены последовательно, может возникнуть резонанс напряжений, а в цепи, где r, L, C соединены параллельно, – резонанс токов.

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты собственных колебаний с частотой колебаний вынуждающей силы резонансную частоту можно найти из выражения

,

где ; f — резонансная частота в герцах; L — индуктивность в генри; C — ёмкость в фарадах.

Работа тока

Электрический ток, конечно же, не стал бы так широко использоваться, если бы не одно обстоятельство. Работу тока или же электроэнергию легко преобразовывать в любую нужную нам энергию или работу: тепловую, механическую, магнитную…

Для практического применения тока прежде всего хочется знать, какую работу можно обратить в свою пользу. Выведем формулу для определения работы тока:

Так как все величины, входящие в формулу, можно измерить соответствующими приборами (амперметр, вольтметр, часы), формула является универсальной.

Формулу можно также записать в несколько ином виде, используя закон Ома:

Если в исходную формулу для работы тока подставить силу тока, записанную таким образом, то получим:

Если же из закона Ома выразить напряжение, то тогда:

Использование этих формул удобно, когда в цепи присутствует какое-то одно соединение: параллельное для первого случая и последовательное для второго

Работа и мощность переменного тока

Мгновенная мощность в цепи переменного тока (частный случай)

Допустим, что цепь имеет только активное сопротивление. Пусть напряжение на концах цепи изменяется по гармоническому закону:

Мы помним, что сдвига фаз между током и напряжением в нашей цепи (только $R$) не будет, следовательно, запишем, что:

Если рассмотреть маленький промежуток времени, то переменный ток можно рассмотреть как постоянный, значит мгновенная мощность переменного тока ($P_{tR}$) равна:

Работа в цепи переменного тока (частный случай)

Работа переменного тока на маленький промежуток времени $dt$ равна (${dA}_t$):

Следовательно, работа за один период полного колебания ($A_T$) может быть определена как:

Рассмотрим общий случай цепи переменного напряжения, когда она содержит и активное и реактивное сопротивление. Теперь между током и напряжением существует разность фаз. Работа, совершенная во внешней цепи за время $dt$, равна:

Напряжение $U$, можно разложить на две составляющие: активную ($U_a$) и реактивную ($U_r$).

Активная составляющая совершает колебания в одной фазе с током, она равна:

Готовые работы на аналогичную тему

Реактивная составляющая смещена по фазе относительно тока на $\pm \frac{\pi }{2}$ и имеет вид:

При вычислении работы за период, получится два слагаемых. Учитывая, что реактивная составляющая за полный период равна нулю, следовательно, полная работа определена только активной составляющей напряжения:

Средняя мощность

Чаще, чем понятием мгновенная мощность, оперируют понятием среднее значение мощности. Причем рассматривают большой промежуток времени, который включает множество периодов колебаний. Так как мы рассматривает периодический процесс, то нам будет достаточно найти среднее значение мощности на один полный период.

Ее легко найти как:

где $cos\varphi $- коэффициент мощности. Формула (10) показывает, что в общем случае выделяемая в цепи мощность зависит не только от силы тока и напряжения, но и от сдвига фаз между ними.

Замечание

Зависимость мощности от коэффициента мощности учитывают при проектировании линий электропередачи для переменного тока. Если нагрузки вцепи имеют большое реактивное сопротивление, то $\varphi \ne 0$ и $cos\varphi $ может быть заметно меньше единицы. В таких случаях для передачи нужной мощности необходимо учесть силу тока, что ведет к возрастанию выделения тепла Джоуля — Ленца или требует увеличения сечения проводов, что увеличивает стоимость линии электропередач. На практике всегда стремятся распределить нагрузки так, чтобы $cos\varphi \ $был как можно ближе к единице.

Средняя мощность при наличии в цепи только активного сопротивления, равна:

Пример 1

Задание: Пусть сила тока изменяется в соответствии с законом: $I=I_m{sin \left(\omega t\right)\ }.$ Запишите выражения для мгновенных мощностей, развиваемых током на разных элементах цепи ($C,L$).

Решение:

Используя соотношение:

\[U=\frac{q}{C}(1.1)\]

и выражение:

\[I=\frac{dq}{dt}\to q=\int{Idt}=-\frac{I_m}{\omega }{cos \left(\omega t\right)\ }+q_0=-\frac{I_m}{\omega }{cos \left(\omega t\right)\ }\left(1.2\right),\]

где мы можем положить $q_0=0,$ так как эта постоянная интегрирования с колебаниями тока не связана, запишем уравнение для колебания напряжения на конденсаторе:

\[U_C=-\frac{I_m}{C\omega }{cos \left(\omega t\right)\ }=\frac{I_m}{C\omega }{sin \left(\omega t-\frac{\pi }{2}\right)\ }\left(1. 2}_mR.$

5. Работа и мощность в цепи переменного тока

Мгновенное
значение мощности р(t)
переменного тока равно произведению
мгновенных значений напряжения u(t)
=U₀cosωtи силы токаi(t)
= I₀cos(ωt– φ):

р(t) = U₀cosωtI₀
cos(ωt – 90⁰)
= I₀U₀
cosωt
cos(ωt – 90⁰).()

Воспользовавшись формулой
получим:.

Практический интерес представляет
среднее по времени значение мощности
Р. Т.к. среднее значение cos(2ωt- φ) равно нулю, то

.
()

Из векторной диаграммы рис.
7б следует, что U₀ cosφ= RI₀. Поэтому.
Такую же мощность развивает постоянный
ток, силой.
Это значение называется действующим
(или эффективным) значением силы
переменного тока. Аналогично величинаназывается действующим (или эффективным)
значением напряжения. С использованием
действующих (или эффективных) значений
тока и напряжения Р =U₀
I₀cosφ.Множительcosφназывается коэффициентом
мощности. Как видно из диаграммы рис.
7б, при равенстве реактивных значений
сопротивлений Х_C=
Х_Lмножительcosφ= 1 (φ = 0) Р =U₀ I₀,
т.е. выделяющаяся в цепи мощность имеет
максимальное значение. При чисто
реактивном сопротивлении цепи (R= 0) мощность, выделяемая в цепи, равна
нулю. По этой причине на практике
электрическую цепь переменного тока
стремятся сбалансировать так чтобы
значения реактивных сопротивлений Х_Cи Х_Lбыли как можно
ближе. Для промышленных установок
наименьшее допустимое значениеcosφ= 0,85.

или.
(48)

Работа за период T:.
(49)

Средняя мощность переменного
тока
.
(50)

Обозначим
,
откуда эффективный (действующий) ток -.
(51)

Тогда
.
(52)

Из сравнения соотношений (47) и
(52) следует, что эффективная сила
переменного равна силе такого постоянного
тока, который имеет ту же мощность, что
и данный переменный ток.

Если в цепи
переменного тока имеются реактивные
сопротивления, то мощность:

(53)

(на основании
тригонометрического тождества:
).

Среднее значение
мощности N_Сза период
Т, а, следовательно, и за любой промежуток
времениt>>T,
равно разности средних значений. Но
первый член есть постоянная величина,
не зависящая от времени, а второй –
периодическая функция, среднее значение
которой за периодTравна
нулю. Таким образом,(54)

или
(55)

Множитель
называется коэффициентом мощности
электрической цепи. ЕслиR=0,
тоиN_C=0.
Энергия, которая поступает в цепь от
источника за T/2, возвращается источнику
в течение следующей половины периода.
Следовательно, для повышения мощности,
отдаваемой переменным током в цепь,
необходимо добиться повышенияпутём включения в цепь такихR_LиR_Cнагрузок, которые соответствуют условию
резонанса (45).

6. Природа емкостных свойств тканей организма

ИМПЕДАНС
БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

Метод электропроводности в медицине

Как
показывает опыт, электропроводность
растворов не зависит от частоты
переменного тока. При изучении
электропроводности биологических
объектов обнаружили, что их сопротивление
на высоких частотах (~10⁷
Гц) гораздо меньше, чем на низких. На
рис.9 (кривая 1) представлена зависимость
сопротивления мышечной ткани от частоты
(кривая дисперсии). Дисперсия
электропроводности обычно наблюдается
в интервале частот 10²
÷ 10⁸
Гц. Наличие дисперсии импеданса для
живых тканей обусловлено тем, что при
низких частотах (как и для постоянного
тока) на величину электропроводности
значительное влияние оказывает
макроструктурная поляризация в тканях.
По мере увеличения частоты поляризационные
явления сказываются всё меньше и меньше.

Отмирание
ткани ведёт к росту проницаемости
мембран, при этом крутизна дисперсии
уменьшается (рис. 9, кривая 2). Для мёртвой
ткани поляризация на границах раздела
практически полностью исчезает и явление
дисперсии импеданса больше не наблюдается
(рис.9, кривая 3). Т.о. крутизна графика
зависимости Z
= f(ω)
позволяет судить о жизнеспособности
той или иной ткани.

Наличие
дисперсии электропроводности говорит
о том, что в биологических объектах
наряду со структурами, которые оказывают
переменному току активное сопротивление,
есть и такие, которые обладают реактивным
сопротивлением. Как оказалось, структуры
с индуктивным сопротивлением (подобные
катушкам) в биологических организмах
отсутствуют.

Клеточные
мембраны, омываемые с одной стороны
тканевой жидкостью, а с другой цитоплазмой,
представляют собой системы подобные
конденсатору. В тканях имеются так же
макроскопические образования, состоящие
из различных непроводящих соединительных
оболочек и перегородок, по обе стороны
которых находятся ткани, хорошо проводящие
электрический ток. Это так же придаёт
тканям емкостные свойства.

В
целом, сопротивление биологических
тканей будет определяться суммой
омического и емкостного сопротивления:

.
(12)

Присутствие
в биологических организмах структур с
ёмкостным сопротивлением подтверждается
также наличием сдвига фаз между током
и напряжением. Для биологических систем
характерна большая величина этого угла,
например, на частоте 1000 Гц: кожа человека
– φ = 55⁰,
мышца кролика – φ = 65⁰,
нерв лягушки – φ = 64⁰.
Это показывает, что доля емкостного
сопротивления в импедансе тканей велика.

При
моделировании электропроводности живых
клеток и тканей прибегают к эквивалентным
схемам, т.е. к таким комбинациям омического
сопротивления и ёмкости, которые в
некотором приближении могут отражать
характер течения тока и значения
электрических параметров клетки и
тканей. Простейшими из таких моделей
являются схемы с последовательным и с
параллельным соединением R
и C
– (рис. 10а и 11а). Но эти простейшие схемы
не отражают истинного положения дел,
т.к. графики зависимости Z
от ω противоречат данным по живым тканям
(сравните рис.10б, 11б и рис.6, кривая1).

Наиболее
удачной моделью является схема,
представленная на рис.12а. На этой схеме
R_к,1
и R_к,2
– активные сопротивления кожи на входе
и выходе тока; R_т
– общее омическое сопротивление
подкожных тканей; C₁,
C₂
и C₃
– конденсаторы, моделирующие биологические
структуры, обладающие ёмкостным
сопротивлением. Стрелками показан
маршрут переменного тока, т.е. показаны
структуры, через которые проходит ток
на каждом из участков биологического
организма между электродами за один
полупериод. Зависимость сопротивления
этой эквивалентной схемы от частоты
хорошо согласуется с кривой дисперсии
импеданса для биотканей (рис.12б) Существуют
и другие эквивалентные схемы, однако
ниодна из них
в точности не может воспроизвести
закономерности течения переменного
тока, присущие биологическим системам.

Измерение
электропроводности биологических
тканей для переменного тока широко
используется в диагностике, а так же в
биологических и медицинских исследованиях.
Например, значительное возрастанию
импеданса ткани на низких частотах
позволяет обнаружить воспаление уже
на первых стадиях. Некоторые заболевания
щитовидной железы диагностируются по
изменению угла сдвига фаз между током
и напряжением. Для характеристики
физиологического состояния тканей
используют также величину крутизны
кривой дисперсии. Этот критерий применяют,
например, при оценке жизнеспособности
ткани, предназначенной для трансплантации.

Импеданс
тканей существенным образом зависит
от кровенаполнения сосудов. Кровь имеет
меньшее сопротивление, чем стенки
сосудов или клетки, поэтому во время
систолы полное сопротивление ткани
уменьшается, а при диастоле – увеличивается.
Диагностический метод, основанный на
регистрации импеданса тканей в процессе
сердечной деятельности, называется
реографией (импеданс – плетизмографией).
С помощью этого метода получают реограммы
головного мозга (реоэнцефалограмма),
сердца (реокардиограмма), лёгких, печени,
сосудов, конечностей. Измерения обычно
проводят на частоте 30
кГц.

Переменный электрический ток.

Лекция №5

Переменным
называется ток, изменение которого по
величине и направлению повторяется
периодически через равные промежутки
времени Т.

В области
производства, передачи и распределения
электрической энергии переменный ток
имеет по сравнению с постоянным, два
основных преимущества:

1) возможность (при
помощи трансформаторов) просто и
экономично повышать и понижать напряжение,
это имеет решающее значение для передачи
энергии на большие расстояния.

2) большую простоту
устройств электродвигателей, а
следовательно, и их меньшую стоимость.

Значение переменной
величины (тока, напряжения, ЭДС) в любой
момент времени t
называется мгновенным
значением
и обозначается строчными буквами (ток
i,
напряжение u,
ЭДС – е).

Наибольшее из
мгновенных значений периодически
изменяющихся токов, напряжений или ЭДС,
называются максимальными
или
амплитудными
значениями и обозначаются прописными
буквами с индексом «м» (I_м,
U_м).

Наименьший
промежуток времени, по прошествии
которого мгновенные значения переменной
величины (ток, напряжение, ЭДС) повторяется
в той же последовательности, называется
периодом
Т, а совокупность изменений, происходящих
в течение периода, — циклом.

Величина обратная
периоду называется частотой и обозначается
буквой f.

, т.е. частота
– число периодов за 1 секунду.

Единица частоты
1/сек – называется герц
(Гц). Более крупные единицы частоты –
килогерц (кГц) и мегагерц (МГц).

Получение переменного синусоидального тока.

Переменные токи
и напряжения в технике стремятся получить
по простейшему периодическому закону
– синусоидальному. Т. к. синусоида –
единственная периодическая функция,
имеющая подобную себе производную, в
результате чего во всех звеньях
электрической цепи форма кривых
напряжений и токов получается одинаковой,
чем значительно упрощаются расчеты.

Для получения
токов промышленной частоты служат
генераторы
переменного тока
в основе работы которых лежит закон
электромагнитной индукции, согласно
которому при движении замкнутого контура
в магнитном поле в нем возникает ток.

Схема простейшего
генератора переменного тока

Генераторы
переменного тока большой мощности,
рассчитанные на напряжения 3 – 15 кв,
выполняются с неподвижной обмоткой на
статоре машины и вращающимся
электромагнитом-ротором. При такой
конструкции легче надежно изолировать
провода неподвижной обмотки и проще
отвести ток во внешнюю цепь.

Одному
обороту ротора двухполюсного генератора
соответствует один период переменной
ЭДС, наведенной на его обмотке.

Если
ротор делает n оборотов в минуту, то
частота индуктированной ЭДС

.

Т.к.
при этом угловая скорость генератора
,
то между ней и частотой, наведенной
ЭДС существует соотношение.

Фаза. Сдвиг фаз.

Предположим, что
генератор имеет на якоре два одинаковых
витка, сдвинутых в пространстве. При
вращении якоря в витках наводятся ЭДС
одинаковой частоты и с одинаковыми
амплитудами, т.к. витки вращаются с
одинаковой скоростью в одном и том же
магнитном поле. Но вследствие сдвига
витков в пространстве ЭДС достигают
амплитудных знамений неодновременно.

Если в момент
начала отсчета времени (t=0)
виток 1 расположен
относительно нейтральной плоскости
под углом
,
а виток 2 под углом.
То наведенная в первом витке ЭДС:,

а
во втором:

В момент отсчета
времени:

Электрические
углы
иопределяющие значения ЭДС в начальный
момент времени, называетсяначальными
фазами.

Разность
начальных фаз двух синусоидальных
величин одной частоты называется углом
сдвига фаз.

Та величина,
у которой нулевые значения (после которых
она принимает положительные значения),
или положительные амплитудные значения
достигаются раньше, чем у другой,
считается опережающей
по фазе,
а та у которой те же значения достигаются
позже – отстающей
по фазе.

Если две
синусоидальные величины одновременно
достигают своих амплитудных и нулевых
значений, то говорят, что величины
совпадают
по фазе .
Если угол сдвига фаз синусоидальных
величин равен 180⁰,
то говорят, что они изменяются впротивофазе.

формула, работа источника тока, мощность тока

Сегодня электрический ток имеет большую область применения. Связано это с тем, что он переносит с собой энергию, которую можно превратить в любую форму.

Что такое работа тока

При хаотичном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле будет совершать работу, которую решили назвать работой тока. Определение работы тока следующее: это работа электрического поля по переносу зарядов внутри проводника.

Важно! Помимо электрических сил, на проводник действуют еще и магнитные, которые также могут совершать работу. Однако в обычных условиях она будет очень мала.

Движение зарядов в проводнике

Мощность

Абсолютно каждый электрический прибор рассчитан на поглощение энергии за единицу времени. Поэтому на практике большее значение имеет такое понятие, как мощность. Мощность — это скалярная физическая величина, в общем виде равная скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы.

Единицы измерения

Любая физическая величина, которая может быть превращена в энергию, будет измеряться в Джоулях (Дж). 1 Джоуль равен работе при перемещении точки, к которой приложена сила, равная 1 Ньютону, умноженному на Путь в 1 метр. Получается, что 1 Дж = 1 Н · 1 м.

Единица измерения мощности — это Ватт (Вт). Он равен работе 1 Дж, совершенной за единицу времени в 1 с. Таким образом, 1 Вт = 1 Дж : 1 с

Единица измерения мощности

Формула вычисления

В 1841 году английский ученый Джеймс Джоуль сформулировал закон для нахождения количественной меры теплового воздействия электрического тока. В 1842 году этот же закон был также открыт русским физиком Эмилием Ленцем. Из-за этого он получил двойное название закона Джоуля-Ленца. В общем виде закон записывается следующим образом: Q = I² • R • t.

Он имеет достаточно обобщенный характер, так как не имеет зависимости от природных сил, генерирующих ток. Сегодня этот закон активно применяется в быту. Например, для определения степени нагрева вольфрамовой нити, используемой в лампочках.

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое током. Но, тем не менее, это поможет узнать, по каким формулам вычисляется работа электрического поля. Всё потому, что она впоследствии проявляется в виде нагревания проводника. Это говорит о том, что работа тока равна теплоте нагревания проводника (A=Q). Работа эл тока, формула: А= I² • R • t. Это не единственная формула для нахождения работы. Если использовать закон Ома для участка цепи (I=U:R), то можно вывести еще две формулы: А=I•U•t или A=U²:R.

Портреты Джоуля и Ленца

Общая формула для того, чтобы вычислять мощность, заключается в ее прямой пропорциональности работе и обратной зависимости от времени (P=A:t). Если говорить о мощности в электрическом поле, то исходя из предыдущих формул, можно составить целых три: Р= I² • R; Р=I•U; Р=U²:R.

Закон Ома для участка цепи

Приборы для измерения тока

Электроизмерительные приборы — это особый вид устройств, которые используются для измерения многих электрических величин. К ним относятся:

• Амперметр переменного тока;
• Вольтметр переменного тока;
• Омметр;
• Мультиметр;
• Частометр;
• Электрические счетчики.

Амперметр

Чтобы определить силу тока в электрической цепи, необходимо применить амперметр. Данный прибор включается в цепь последовательным образом и из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления не оказывает влияния на ее состояние. Шкала амперметра проградуирована в амперах.

В классическом приборе через электромагнитную катушку проходит измеряемый ток, который образует магнитное поле, заставляющее отклоняться магнитную стрелку. Угол отклонения прямо пропорционален измеряемому току.

Классический амперметр

Электродинамический амперметр имеет более сложный принцип работы. В нем находятся две катушки: одна подвижная, другая стоит на месте. Между собой они могут быть соединены последовательно или параллельно. При прохождении тока через катушки их магнитные поля начинают взаимодействовать, что в результате заставляет подвижную катушку с закрепленной на ней стрелкой отклониться на некоторый угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

Вольтметр

Для определения величины напряжения (разности потенциалов) на участке цепи используют вольтметр. Подключаться прибор должен параллельно цепи и обладать высоким внутренним сопротивлением. Тогда лишь сотые доли силы тока попадут в прибор.

Школьный вольтметр

Принцип работы заключается в том, что внутри вольтметра установлена катушка и последовательно подключенный резистор с сопротивлением не менее 1кОм, на котором проградуирована шкала вольтов. Самое интересное, что на самом деле резистор регистрирует силу тока. Однако деления подобраны таким образом, что показания соответствуют значению напряжения.

Омметр

Данный прибор используют для определения электрически активного сопротивления. Принцип действия состоит в изменении измеряемого сопротивления в напрямую зависящее от него напряжение благодаря операционному усилителю. Нужный объект должен быть подключен к цепи обратной связи или к усилителю.

Если омметр электронный, то он будет работать по принципу измерения силы тока, протекающего через необходимое сопротивление при постоянной разности потенциалов. Все элементы соединяют последовательно. В этом случае сила тока будет иметь следующую зависимость: I = U/(r0 + rx), где U — ЭДС источника, r0 — сопротивление амперметра, rx — искомое сопротивление. Согласно этой зависимости и определяют сопротивление.

Электронный омметр

Мультиметр

Приведенные в пример приборы сегодня используют лишь в школах на уроках физики. Для профессиональных задач были придуманы мультиметры. Самое обычное устройство включает в себя одновременно функции амперметра, вольтметра и омметра. Прибор бывает как легко переносимым, так и огромным стационарным с большим количеством возможностей. Название «мультиметр» в первый раз было применено именно к цифровому измерителю. Аналоговые приборы чаще называют «авометр», «тестер» или просто «Цешка».

Универсальный мультиметр

Работа тока — сложная, но очень важная тема в электродинамике. Не зная ее, не получится решить даже простейших задач. Даже электрики используют формулы по нахождению работы для проведения необходимых подсчетов.

Урок 8. переменный электрический ток — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 8. Переменный электрический ток

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Свойства переменного тока;

2) Понятия активного сопротивления, индуктивного и ёмкостного сопротивления;

3) Особенности переменного электрического тока на участке цепи с резистором;

4) Определение понятий: переменный электрический ток, активное сопротивление, индуктивное сопротивление, ёмкостное сопротивление.

Глоссарий по теме

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю называют активным сопротивлением.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Величину Х_C, обратную произведению ωC циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Величину Х_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 86 – 95.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2014. – С. 128 – 132.

Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.

Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004

Основное содержание урока

Сейчас невозможно представить себе нашу цивилизацию без электричества. Телевизоры, холодильники, компьютеры – вся бытовая техника работает на нем. Основным источником энергии является переменный ток.

Электрический ток, питающий розетки в наших домах, является переменным А что это такое? Каковы его характеристики? Чем же переменный ток отличается от постоянного? Об этом мы поговорим на данном уроке.

В известном опыте Фарадея при движении полосового магнита относительно катушки появлялся ток, что фиксировалось стрелкой гальванометра, соединенного с катушкой. Если магнит привести колебательное движение относительно катушки, то стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну сторону, то в другую – в зависимости от направления движения магнита. Это означает, что возникающий в катушке ток меняет свое направление. Такой ток называют переменным.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.

Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону, такой ток называется синусоидальным. В основном используется синусоидальный ток. Колебания тока можно наблюдать с помощью осциллографа.

Если напряжение на концах цепи будет меняться по гармоническому закону, то и напряженность внутри проводника будет так же меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь вызывают гармонические колебания упорядоченного движения свободных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока. При изменении напряжения на концах цепи, в ней с очень большой скоростью распространяется электрическое поле. Сила переменного тока практически во всех сечениях проводника одинакова потому, что время распространения электромагнитного поля превышает период колебаний.

Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока. Сопротивление проводника, в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным. При изменении напряжения на концах цепи по гармоническому закону, точно так же меняется напряженность электрического поля и в цепи появляется переменный ток.

При наличии такого сопротивления колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе в любой момент времени.

𝒾 — мгновенное значение силы тока;

ℐ_m— амплитудное значение силы тока.

– колебания напряжения на концах цепи.

Колебания ЭДС индукции определяются формулами:

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений силы тока и напряжения. Среднее значение мощности равно половине произведения квадрата амплитуды силы тока и активного сопротивления.

Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующие значения. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени — мгновенное значение (помечают строчными буквами — і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно рассчитывать по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

U_m — амплитудное значение напряжения.

Действующие значения силы тока и напряжения:

Электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает именно действующие значения измеряемых величин.

Конденсатор включенный в электрическую цепь оказывает сопротивление прохождению тока. Это сопротивление называют ёмкостным.

Величину Х_C, обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Ёмкостное сопротивление не является постоянной величиной. Мы видим, что конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление постоянному току.

Если включить в электрическую цепь катушку индуктивности, то она будет влиять на прохождение тока в цепи, т.е. оказывать сопротивление току. Это можно объяснить явлением самоиндукции.

Величину Х_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

X_L= ωL

Если частота равна нулю, то индуктивное сопротивление тоже равно нулю.

При увеличении напряжения в цепи переменного тока сила тока будет увеличиваться так же, как и при постоянном токе. В цепи переменного тока содержащем активное сопротивление, конденсатор и катушка индуктивности будет оказываться сопротивление току. Сопротивление оказывает и катушка индуктивности, и конденсатор, и резистор. При расчёте общего сопротивления всё это надо учитывать. Основываясь на этом закон Ома для переменного тока формулируется следующим образом: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

Если цепь содержит активное сопротивление, катушку и конденсатор соединенные последовательно, то полное сопротивление равно

Закон Ома для электрической цепи переменного тока записывается имеет вид:

Преимущество применения переменного тока заключается в том, что он передаётся потребителю с меньшими потерями.

В электрической цепи постоянного тока зная напряжение на зажимах потребителя и протекающий ток можем легко определить потребляемую мощность, умножив величину тока на напряжение.   В цепи переменного тока мощность равна произведению напряжения на силу тока и на коэффициент мощности.

Мощность цепи переменного тока

P=IU cosφ

Величина cosφ – называется коэффициентом мощности

Коэффициент мощности показывает какая часть энергии преобразуется в другие виды. Коэффициент мощности находят с помощью фазометров. Уменьшение коэффициента мощности приводит к увеличению тепловых потерь. Для повышения коэффициента мощности электродвигателей параллельно им подключают конденсаторы. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока создают противоположные сдвиги фаз. При одновременном включении конденсатора и катушки индуктивности происходит взаимная компенсация сдвига фаз и повышение коэффициента мощности. Повышение коэффициента мощности является важной народнохозяйственной задачей.

Разбор типовых тренировочных заданий

1. Рамка вращается в однородном магнитном поле. ЭДС индукции, возникающая в рамке, изменяется по закону e=80 sin 25πt. Определите время одного оборота рамки.

Дано: e=80 sin 25πt.

Найти: T.

Решение:

Колебания ЭДС индукции в цепи переменного тока происходят по гармоническому закону

Согласно данным нашей задачи:

Время одного оборота, т.е. период связан с циклической частотой формулой:

Подставляем числовые данные:

Ответ: T = 0,08 c.

2. Чему равна амплитуда силы тока в цепи переменного тока частотой 50 Гц, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление 1 кОм и конденсатор емкости С = 1 мкФ, если действующее значение напряжения сети, к которой подключен участок цепи, равно 220 В?

Дано:

ν=50 Гц,

R=1 кОм=1000 Ом,

C=1 мкФ=10^-6 Ф,

U=220 В.

Найти: I_m

Решение:

Напишем закон Ома для переменного тока:

I=U/Z

Для амплитудных значений силы тока и напряжения, мы можем записать I_m=U_m/Z?

Полное сопротивление цепи равно:

Подставляя числовые данные находим полное сопротивление Z≈3300 Ом. Так как действующее значение напряжения равно:

то после вычислений получаем I_m ≈0,09 Ом.

Ответ: I_m ≈0,09 Ом.

2. Установите соответствие между физической величиной и прибором для измерения.

Правильный ответ:

ac operation — это … Что такое ac operation?

AC-130 Spectre Gunship — USAF Special Operations

Lockheed AC-130 — грузовой самолет C-130, переделанный в боевой корабль.По левому борту AC-130 расположены порты для стрельбы из множества пушек, гаубиц и орудий Гатлинга.

AC-130 — роль

AC-130 используется спецназом ВВС США, в основном для непосредственной поддержки с воздуха. Другие функции включают воздушное пресечение (заранее спланированные удары воздух-земля), вооруженная разведка.
и защита войск (летающие оборонительные патрули над дружественными силами / базами).

Миссии AC-130 часто координируются наземными подразделениями JTAC, обычно боевыми диспетчерами ВВС США (CCT).

AC-130 Видео

AC-130 Варианты

На этой странице представлены 2 варианта AC-130:

• AC-130H (Spectre)
  эксплуатируется 16-й эскадрильей специальных операций
  , на вооружении:
  • 2 x 20-мм пушки M61 Vulcan
  • 1 x 40-мм пушка L60 Bofors (120 об / мин)
  • 1 х 105-мм гаубица М102 (6-10 об / мин)
• AC-130U (Spooky II)
  в составе 4-й эскадрильи специальных операций
  , на вооружении:
  • 1 x 25-мм пушка Гатлинга ГАУ-12 / У (1800 об / мин)
  • 1 x 40-мм пушка L60 Bofors (120 об / мин)
  • 1 х 10-мм гаубица M102 (6-10 об / мин)

  AC-130U находятся под давлением, что позволяет им работать на 5000 футов выше, чем модели H, что приводит к большему диапазону.

Примечание: AFSOC сняла AC-130H Spectre с эксплуатации в 2014 году. Spectre заменяется на AC-130J Ghostrider (см. Ниже).

С тех пор, как эта статья была впервые опубликована, AFSOC приняла 2 других варианта AC-130:

• AC-130W Stinger II — на основе MC-130W Combat Spear + Precision Strike Package
  подробнее: AC-130W Stinger II
• AC-130J Ghostrider — на основе MC-130J Commando II + Precision Strike Package
  подробнее: AC-130J Ghostrider

Внутри AC-130U есть множество экранов и датчиков, которые позволяют операторам находить наземные цели.

DoD, фото: СТАРШИЙ АВИАМАН АЛИ Э. ФЛИСЕК

40-мм пушка и 105-мм гаубица, выступающие из фюзеляжа самолета AC-130H

DoD, фото: SSGT SUSAN FOREMAN

AC-130 История эксплуатации

• 1960-е / 70-е годы — Вьетнам / Лаос
• 1983 — Гренада — Операция «Срочная ярость»
• 1989 — Панама — Операция Just Cause
• 1991 — Персидский залив — Операция «Буря в пустыне»
• 1993 — Сомали — Операция «Восстановление надежды»
• 1995 — Босния — Operation Deliberate Force
• 2001 — настоящее время — Афганистан — Операция «Несокрушимая свобода»
• 2003 — настоящее время — Ирак — Операция «Иракская свобода»

Всего в ходе боевых действий было потеряно 7 АС-130, в том числе 5 над Юго-Восточной Азией, 1 во время Бури в пустыне и 1 над Сомали в 1993 году.

AC-130 Технические характеристики

Боевой корабль ВВС США AC-130 изображен в полете.

DoD, фото: TECH. SGT. LEE SCHADING

USAF AC-130U Spooky боевые корабли, принадлежащие 4-й эскадрилье специальных операций.

Фотография ВВС США Тех. Сержант Барри Лоо / Выпущен

AC-130 Spectre Resources

«Самолет специального назначения

Субтитры для операции «Хромит» (Incheon sangryuk jakjeon / 인천 상륙 작전)

Сборник военных руководств США: Бесплатные тексты: Бесплатная загрузка, заимствование и потоковая передача: Интернет-архив

favouritefavorite (8 отзывов)
Темы: запал, граната, труба, самодельный, капсюль, взрывчатка, металл, дыра, проволока, диаметр, самодельные боеприпасы ,…

Темы: стрельба, мишень, солдат, винтовка, оружие, меткая стрельба, прицел, тренировка, огонь, мишени, группы выстрелов, …

Темы: снайпер, цель, снайперы, команда, враг, дальность, винтовка, стрельба, оружие, метры, снайперская винтовка, стрельба …

Темы: стрельба, подрыв, капсюль, взрывчатка, проволока, прикрепление, устройство, мины-ловушки, неэлектрические, сборка ,…

Темы: карта, сетка, местность, контур, метры, навигация, расстояние, азимут, карты, рисунок, особенности местности, …

Темы: стрельба, противник, огонь, метры, взрыватель, удаление, позиция, проволока, мина, камуфляж, нажимная пластина, …

Темы: снайпер, цель, противник, патруль, местность, снайперы, цели, дальность, ученик, наблюдение, дальность…

Темы: снайпер, команда, цель, враг, винтовка, антенна, стрельба, оружие, метры, дальность, огневая позиция, …

Темы: толпа, пистолет, газ, оружие, полиция, тип, рука, бой, стрельба, нож, члены мафии, газовые гранаты, слеза …

Темы: пациент, острый, тяжелый, боль, респираторный, симптомы, инфекция, дифференциал, лихорадка, кожа, нервная…

Добро пожаловать на веб-сайт ЦРУ — Центральное разведывательное управление

Управление по связям с общественностью (OPA) является единственным контактным лицом для всех запросов о Центральном разведывательном управлении (ЦРУ).

Мы читаем каждое письмо или электронную почту, которую получаем, и при необходимости передадим ваши комментарии должностным лицам ЦРУ за пределами OPA. Однако из-за ограниченного штата и ресурсов мы просто не можем отвечать всем, кто нам пишет.

Контактная информация

Отправляйте вопросы или комментарии онлайн

По почте:
Центральное разведывательное управление
Управление по связям с общественностью
Вашингтон, округ Колумбия 20505

Обратитесь в Управление по вопросам конфиденциальности и гражданских свобод

Свяжитесь с офисом генерального инспектора

Обратитесь в Службу проверки занятости

Прежде чем обращаться к нам:

Пожалуйста, проверьте нашу карту сайта , поиск
функцию, или навигации по нашему сайту слева , чтобы найти нужную информацию.Мы — нет
регулярно отвечать на вопросы, ответы на которые можно найти на этом веб-сайте.

Работа : Обычно мы не
отвечать на вопросы о трудоустройстве, выходящие за рамки информации на этом веб-сайте, и мы обычно не
отвечать на запросы о статусе заявлений о приеме на работу. Рекрутинг свяжется с претендентами в течение 45
дней, если их квалификация соответствует нашим требованиям.

• Из соображений безопасности потенциального заявителя, а также безопасности и связи
  вопросов, Центр приема на работу ЦРУ не принимает резюме, мы не можем отвечать на телефонные звонки и электронные письма.
  или другие формы общения от граждан США, проживающих за пределами США. Когда ты вернешься
  постоянно в США (не в отпуске или выезде), пожалуйста, посетите ЦРУ
  Страница вакансий и подайте онлайн-заявку на интересующую должность.
• Чтобы подтвердить трудоустройство сотрудника, обратитесь в Службу занятости
  Офис проверки.

Конструкция и работа жесткого диска

Как работают жесткие диски?

Неважно, как вы это называете; жесткий диск, жесткий диск, жесткий диск, жесткий диск — все одно и то же. В компьютере очень мало компонентов, которые по сложности напоминают жесткий диск. Это все, что касается наших компьютеров.Без них наши компьютеры были бы безжизненными и пустыми. Но жесткие диски — это душа наших современных компьютеров. Жесткие диски хранят нашу жизнь, наши воспоминания, наш бизнес… все. Жесткие диски составляют большую часть наших работ по восстановлению данных . Так как же работает жесткий диск? Вы можете поговорить со многими компаниями, занимающимися восстановлением данных, но очень немногие из них смогут точно описать, что делает жесткий диск и как он работает.

Основные сведения о жестком диске

Наши данные сохраняются на жестком диске в самой простой форме, известной как двоичные цифры.Двоичные цифры также известны как биты. Бит либо «включен», либо «выключен». Мы видим это в цифровом формате как единицы и нули. Но как эти 1 и 0 записываются на жесткий диск?

Короче говоря, биты записываются на жесткий диск головкой. Головка фактически называется головкой чтения-записи, потому что она используется либо для записи данных, либо для чтения данных. Голова — это электромагнит. Электромагниты состоят из куска металла, окруженного катушкой с проволокой. Электрический ток проходит через катушку с проволокой и создает магнитное поле.Это магнитное поле затем намагничивает любые биты, которые должны быть 1, и обходит биты, которые должны быть 0. Итак, у вас есть головки чтения-записи, которые либо читают диск, просто измеряя магнитную поляризацию (расшифровывая, является ли бит 1 или 0), либо записывают данные, изменяя магнитную поляризацию в определенных областях диска.

Ключевые компоненты жесткого диска

Почти страшно подумать о том, насколько ненадежны жесткие диски. Их конструкция и работа настолько точны, но подумайте об окружающей среде, в которой мы их используем.Хотя в большинстве случаев они могут просто сидеть на вашем настольном компьютере или сервере, гудеть каждый день, они также встречаются во многих портативных устройствах. Их переносят, роняют, иногда сбивают с ног, и большинство продолжает работать. Тем не менее, когда вы действительно думаете о том, насколько они сложны … насколько они хрупки, вы, вероятно, относитесь к этому как к новорожденному ребенку.

С самого начала жесткие диски состояли примерно из одних и тех же компонентов. Дизайн, возможно, улучшился с годами, но у вас все еще есть основная группа деталей, которые функционируют почти так же, как и всегда.

• Platter — Собственно «диск». Часть вашего диска, на которой фактически хранятся данные.
• Головки чтения-записи — В значительной степени говорят сами за себя. Головки чтения-записи, чтения и записи данных на пластину
• Привод — Управляет перемещением головок чтения-записи, когда они перемещаются по пластине
• Шпиндель — ступица, на которой установлены пластины
• PCB (Печатная плата) — Место подключения силовых и интерфейсных кабелей.Плата также хранит данные, относящиеся к вашему жесткому диску, предлагает некоторую защиту от скачков напряжения и регулирует другие функции внутри диска.

Если посмотреть на внутренние компоненты жесткого диска, он похож на проигрыватель. У вас есть пластин , которые похожи на пластинку… и у вас есть головки чтения-записи , которые похожи на иглу. Головки считывают и записывают данные на поверхность диска.

Пластины, которые представляют собой вращающиеся диски внутри жесткого диска, являются жесткими и обычно изготавливаются из алюминия, керамики или стекла.Именно потому, что диски жесткие, жесткие диски называют «жесткими», в отличие от дисководов гибких дисков, которые использовали гибкие диски для хранения данных. Данные могут храниться на обеих сторонах диска, и в большинстве случаев на жестком диске будет несколько пластин, прикрепленных к одному шпинделю. У каждой поверхности диска есть своя собственная головка для чтения и записи. Таким образом, жесткий диск с 3 пластинами, скорее всего, будет иметь 6 головок. Это не всегда так, но чаще всего так.

Головки чтения-записи установлены на самом конце одного рычага привода .Сама вершина узла головки состоит из головок чтения-записи и так называемого слайдера . Прежде чем мы перейдем к функциям ползунка, важно отметить важный факт о жестких дисках. Головки вообще не касаются пластин при нормальной работе. На самом деле они плавают на воздушной подушке, которая называется воздушным подшипником . Когда пластины вращаются под головками, они создают положительное давление воздуха, а ползунок действует почти как крыло самолета.Давление воздуха, действующее на слайдер, поднимает головки, и они плавают прямо над поверхностью диска. В современных жестких дисках пространство между головкой и вращающимся диском при нормальной рабочей скорости обычно составляет менее 5 нанометров… этот зазор также называют высотой полета .

Этот приводной рычаг перемещается вперед и назад, позволяя головкам перемещаться по поверхности диска в нужное место. Рычаг привода и, следовательно, движение головок управляется приводом .В старых жестких дисках это был просто шаговый двигатель, но в большинстве приводов, выпущенных за последние 10 с лишним лет, используется привод звуковой катушки . Эта звуковая катушка окружена неподвижными магнитными поверхностями над и под основанием рычага привода. Привод звуковой катушки — это, по сути, электромагнит . Величина тока, проходящего через звуковую катушку, определяет направление, в котором рычаг привода вращается по отношению к окружающим его магнитам.

Чтение и запись данных на пластины

Головки чтения-записи жесткого диска записывают данные на пластины, изменяя поляризацию верхнего слоя поверхности пластины.Этот верхний слой состоит из очень тонкого ферромагнитного покрытия . Если просто сказать, что покрытие тонкое, то это не совсем справедливо. Толщина покрытия составляет всего около 10-20 нанометров. Насколько это тонко? Что ж, если вы хотите сравнить, лист бумаги обычно имеет толщину от 70 000 до 180 000 нанометров. Вот где все действительно становится ошеломляющим и даже пугающим, когда вы думаете об этом, и вот почему …

1. Тонкое ферромагнитное покрытие чрезвычайно тонкое и подвержено значительным повреждениям даже при минимальном контакте.
2. Покрытие содержит ваши данные … оно содержит магнитные переключатели 1 и 0, которые во многих случаях составляют ваши фотографии, ваши документы, вашу жизнь.
3. Головки чтения-записи плавают на воздушной подушке, а в более новых накопителях их высота полета обычно составляет менее 5 нанометров. над поверхностью диска.
4. На случай, если вы пропустили… головки плавают менее чем на 5 нанометров над поверхностью диска!
5. Для ссылки на пункты 3 и 4: одна цепь ДНК равна 2.Ширина 5 нанометров … отдельная бактерия имеет длину 2500 нанометров … прядь волос имеет ширину 80 000 нанометров
6. Воздушный зазор между головками и пластиной настолько мал, что одной нити ДНК было бы трудно пройти через нее.

Вы начинаете понимать, насколько малы эти зазоры? Когда мы говорим о ремонте жестких дисков и необходимости чистых комнат , вот почему это так важно.Для работы с жесткими дисками достаточно чистой комнаты класса 100, но все, что ниже, может вызвать серьезные проблемы. Когда мы получаем открытые жесткие диски, при попытках восстановить сами данные, пластина обычно сильно загрязнена. Большинство людей даже не осознают, насколько катастрофическим может быть один отпечаток пальца. Повторюсь, воздушный зазор между головками и пластинами обычно составляет менее 5 нанометров в новых жестких дисках. Знаете ли вы, что один отпечаток пальца имеет толщину более 12 000 нанометров?

В качестве отступления, поскольку пока мы говорим о попытках восстановления данных своими руками … давайте кратко поговорим о , замораживающем жесткий диск для восстановления данных .Это старый миф, который часто рекомендуется в качестве решения. Возможно, вы не знаете, что иней образуется на поверхности диска. Эти крошечные микроскопические кристаллы льда все еще превышают 30 000 нанометров в высоту. Представьте себе, что воздушный зазор между пластинами и опорным диском — это типичный переход на шоссе. А теперь представьте, что пытаетесь поместить Эверест под этот путепровод. Вот на что похоже, когда вы останавливаете свой диск. Мы не упоминаем, что для того, чтобы напугать вас и заставить вас пользоваться нашими услугами, мы делаем это, чтобы объяснить, почему делать то, что так часто рекомендуется, — плохая идея.А замораживание жесткого диска никогда не приводило к ремонту поврежденного набора головок. С приводом, который работает после того, как он был помещен в морозильную камеру, произошла совсем другая неисправность.

Если приведенные выше пункты не дают вам четкого представления о сложности жесткого диска, давайте представим его в реальном масштабе. Когда головки плавают над поверхностью диска, они могут совершать точные движения вперед и назад с невероятной скоростью для чтения или записи данных в определенные области на диске.Если вы увеличите масштаб, представьте себе истребитель, движущийся со скоростью более 5 Махов (почти 4000 миль в час) на высоте менее 1 дюйма от земли и способный остановиться на любой данной травинке . Вот насколько точны жесткие диски.

Данные записываются на пластину посредством передачи электромагнитного потока. Это доставляется через головки чтения-записи. Когда головки проходят по поверхности вращающегося диска, поляризация магнитного покрытия изменяется из-за магнитного потока, который проходит через головку чтения-записи.В некотором смысле он улавливает магнитный импульс в определенных местах. Данные считываются, когда головка проходит над вращающимся диском. Различия в магнетизме обнаруживаются головкой, которая генерирует ток, который затем интерпретируется как двоичная 1 или 0.

Диски большой емкости

Не так давно считалось, что емкость жестких дисков будет навсегда ограничена 3 ТБ из-за физических ограничений. Этот барьер был эффективно устранен с помощью дисков емкостью более 3 ТБ. Проблема с емкостью — плотность данных.Чем больше данных вы можете поместить на одну поверхность диска, тем больше будет общий диск. Несколько лет назад компания Seagate объявила, что к 2019 году планирует выпустить жесткие диски емкостью 60 ТБ. На момент написания этой статьи компания Western Digital HGST выпустила гелиевые жесткие диски емкостью 10 ТБ.

Так как же они достигают такой большой емкости, когда совсем недавно 3 ТБ были пределом? Способы записи и хранения данных на пластинах постоянно совершенствуются.Ожидается, что физический размер пластин не изменится, но объем данных, которые они могут поместить на пластину (часто называемый плотностью данных), становится все меньше и меньше.

Методы записи тоже меняются. За последние несколько лет способ записи данных на жесткие диски изменился. Раньше это было с жесткими дисками старого типа, данные записывались на пластину продольно, но, начиная с 2005 года, начали переключаться на перпендикулярную запись.Это позволяло больше бит / больше данных на квадратный дюйм пластины.

Теперь произошел еще больший прорыв в том, как данные записываются на пластины. Производители накопителей начинают использовать Heat Assisted Magnetic Recording — HAMR , в котором для нагрева поверхности перед записью данных используются лазеры. В этих методах хранения будет использоваться сплав железа с платиной, который чрезвычайно стабилен. Технология HAMR позволила Seagate достичь плотности данных 1 ТБ на квадратный дюйм.

Дополнительная информация

Разборка жесткого диска

Это хорошее видео, показывающее поломку жесткого диска и то, как он работает.

Письменное резюме ниже…

Домашний компьютер — мощный инструмент, но он должен надежно хранить данные, чтобы работать хорошо, иначе это бессмысленно. Заглянем внутрь и посмотрим, как он хранит данные. Посмотри на это. Это прекрасно. Это обычный жесткий диск, но детали, конечно же, необычные. Теперь я уверен, что вы знаете суть жесткого диска. Мы храним на нем данные в двоичном виде — единицы и нули.Теперь этот рычаг поддерживает «головку», которая представляет собой электромагнит, который сканирует диск и либо записывает данные, изменяя намагниченность определенных участков на пластине, либо просто считывает данные, измеряя магнитную поляризацию.

Сейчас в принципе довольно просто, но на практике много жесткой инженерии. Ключевой момент заключается в том, чтобы быть уверенным, что головка может точно, без ошибок, читать и записывать на диск. Первое, что нужно сделать — это максимально контролировать ситуацию. Для позиционирования руки инженеры используют «привод звуковой катушки».

Основание рычага находится между двумя мощными магнитами. Они такие сильные, что их действительно трудно разобрать. Там. Рука движется из-за силы Лоренца . Пропустите ток через провод, находящийся в магнитном поле, и на этот провод будет действовать сила; Обратный ток, и сила также меняет направление. Поскольку ток течет в катушке в одном направлении, сила, создаваемая постоянным магнитом, заставляет руку двигаться в этом направлении, реверсировать ток и двигаться назад.
Сила на плече прямо пропорциональна току через катушку, что позволяет точно настроить положение плеча.

В отличие от механической системы рычагов имеет минимальный износ и нечувствительность к температуре. В конце руки находится самый важный компонент: голова. В простейшем случае это кусок ферромагнитного материала, обернутый проволокой. Когда он проходит над намагниченными участками диска, он измеряет изменения направления магнитных полюсов. Вспомните Закон Фарадея : изменение намагниченности вызывает напряжение в соседней катушке. Таким образом, когда головка проходит участок с измененной полярностью, она регистрирует скачок напряжения.

Пики — как отрицательные, так и положительные — представляют собой «единицу», а отсутствие всплесков напряжения соответствует «нулю». Голова удивительно близко подходит к поверхности диска на 100 нанометров в старых накопителях, но сегодня менее десяти нанометров в новейших. По мере приближения головки к диску ее магнитное поле покрывает меньшую площадь, что позволяет разместить на поверхности диска больше секторов информации.

Чтобы сохранить эту критическую высоту, инженеры используют гениальный метод. Они «плавают» головкой над диском.Вы видите, когда диск вращается, он образует пограничный слой воздуха, который проходит мимо неподвижной головки со скоростью 80 миль в час на внешнем крае. Голова движется на «слайдере», аэродинамически предназначенном для того, чтобы парить над тарелкой. Гениальность этой технологии воздушного подшипника заключается в том, что она регулируется автоматически. Если какое-либо нарушение заставляет ползунок подниматься слишком высоко, он «всплывает» обратно на место.

Теперь, поскольку головка находится так близко к поверхности диска, любые случайные частицы могут повредить диск, что приведет к потере данных.Итак, инженеры помещают этот рециркуляционный фильтр в воздушный поток; он удаляет мелкие частицы, соскребшие с диска.
Чтобы голова держалась на нужной высоте, блюдо сделано невероятно гладким. Обычно этот диск настолько гладкий, что имеет шероховатость поверхности около одного нанометра. Чтобы дать вам представление о том, насколько это гладко, давайте представим, что эта часть увеличена до размеров футбольного поля — американского или международного — средняя «неровность» на поверхности составит около трех сотых дюйма.

Ключевым элементом пластины является магнитный слой, который представляет собой кобальт — возможно, с добавлением платины и никеля. Теперь эта смесь металлов имеет высокую коэрцитивную силу, что означает, что она будет поддерживать эту намагниченность — и, следовательно, данные — до тех пор, пока не будет обнажена. к другому мощному магнитному полю.

И последнее, что я считаю чрезвычайно умным. Использование математики, чтобы сжать до сорока процентов информации на диске. Рассмотрим такую ​​последовательность магнитных полюсов на поверхности диска — 0-1-0-1-1-1.Сканирование головой выявило бы эти отчетливые всплески напряжения — как положительные, так и отрицательные для «первых». Мы могли бы легко отличить это, скажем, от этой похожей последовательности. Если сравнить их, они явно различаются.

Однако инженеры

всегда работают над тем, чтобы записывать все больше и больше данных на жесткий диск. Один из способов сделать это — сжать магнитные домены, но посмотрите, что происходит со скачками напряжения, когда мы это делаем. Для каждой последовательности импульсы из них теперь перекрываются и накладываются друг на друга, давая «нечеткие» сигналы.Фактически, эти две последовательности теперь выглядят очень похожими. Используя метод под названием Partial Response Maximum Likliehood , инженеры разработали сложные коды, которые могут принимать неясный сигнал, подобный этому, генерировать возможные последовательности, которые могут его составить, а затем выбирать наиболее вероятные.

Как и любая успешная технология, эти жесткие диски остаются незамеченными в нашей повседневной жизни, если что-то не пойдет не так.

.